Применение золы уноса в бетонах

Обновлено: 17.05.2024

Применение золы уноса в бетонах

ЗОЛЫ-УНОСА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ДЛЯ БЕТОНОВ

Thermal plant fly-ashes for conсretes. Specifications

Дата введения 1991-07-01

1. РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским институтом железобетона Госстроя СССР

ВНЕСЕН Министерством энергетики и электрификации СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного строительного комитета СССР от 04.02.91 N 4

Изменение N 1 принято Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 17.05.2000

За принятие изменения проголосовали:

Наименование органа государственного управления строительством

Министерство градостроительства Республики Армения

Минстройархитектуры Республики Беларусь

Комитет по делам строительства Министерства энергетики, индустрии и торговли Республики Казахстан

Государственный комитет при Правительстве Кыргызской Республики по архитектуре и строительству

Министерство окружающей среды и благоустройств территорий Республики Молдова

Комитет по делам архитектуры и строительства Республики Таджикистан

Госкомархитектстрой Республики Узбекистан

3. Стандарт соответствует СТ СЭВ 3477-81 в части отбора и подготовки проб

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта, приложения

3.5, приложение 3

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СП 2.6.1.2612-10 (ОСПОРБ 99/2010). - Примечание изготовителя базы данных.

6. ИЗДАНИЕ (июль 2003 г.) с Изменением N 1, принятым в декабре 2000 г. (ИУС 5-2001)

Настоящий стандарт распространяется на золы-уноса (далее - золы) сухого отбора, образующиеся на тепловых электростанциях в результате сжигания углей в пылевидном состоянии и применяемые в качестве компонента для изготовления тяжелых, легких, ячеистых бетонов и строительных растворов, а также в качестве тонкомолотой добавки для жаростойких бетонов и минеральных вяжущих для приготовления смесей и грунтов в дорожном строительстве.

Стандарт не распространяется на золу, образующуюся от сжигания горючих сланцев, поставку и применение которой осуществляют по соответствующей нормативно-технической документации.

Применение золы - в соответствии с приложением 1.

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Основные параметры и типы

1.1.1. Золы по виду сжигаемого угля подразделяют на:

антрацитовые, образующиеся при сжигании антрацита, полуантрацита и тощего каменного угля (А);

каменноугольные, образующиеся при сжигании каменного, кроме тощего, угля (КУ);

буроугольные, образующиеся при сжигании бурого угля (Б).

1.1.2. Золы в зависимости от химического состава подразделяют на типы:

- кислые (К) - антрацитовые, каменноугольные и буроугольные, содержащие оксид кальция до 10%;

- основные (О) - буроугольные, содержащие оксид кальция более 10% по массе.

1.1.3. Золы в зависимости от качественных показателей подразделяют на четыре вида:

I - для железобетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов;

II - для бетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов, строительных растворов;

III - для изделий и конструкций из ячеистого бетона;

IV - для бетонных и железобетонных изделий и конструкций, работающих в особо тяжелых условиях (гидротехнические сооружения, дороги, аэродромы и др.).

1.1.4. Обозначение марки золы включает вид сжигаемого угля, тип и вид золы, обозначение настоящего стандарта.

Пример условного обозначения каменноугольной кислой золы, применяемой для изготовления железобетонных конструкций:

1.2. Характеристики

1.2.1. Качественные показатели зол различных видов должны соответствовать требованиям, указанным в таблице.

Вид сжигаемого угля

Значение показателя в зависимости от вида золы

1. Содержание оксида кальция (), % (по массе):

- для кислой золы, не более

- для основной золы, св. в т.ч.:


свободного оксида кальция () не более:

- для кислой золы

- для основной золы

2. Содержание оксида магния (), % (по массе), не более

3. Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на , % (по массе), не более:

- для кислой золы

- для основной золы


4. Содержание щелочных оксидов в пересчете на , % (по массе), не более:

- для кислой золы

- для основной золы

5. Потеря массы при прокаливании (п.п.п.), % по массе, не более:

- для кислой золы

- для основной золы

6. Удельная поверхность, м/кг, не менее:

- для кислой золы

- для основной золы

7. Остаток на сите N 008, % по массе, не более:

- для кислой золы

- для основной золы


1. Допускается в основных золах содержание свободного оксида кальция и оксида магния выше указанного в таблице, если обеспечивается равномерность изменения объема образцов при испытании их в автоклаве или применение этих зол обосновано специальными исследованиями бетона по долговечности с учетом конкретных условий эксплуатации.

2. Допускается в золах содержание сернистых и сернокислых соединений и потеря массы при прокаливании выше указанных в таблице, если применение этих зол обосновано специальными исследованиями по долговечности бетонов и коррозионной стойкости арматуры.

3. Допускается в золах I-III видов больший остаток на сите N 008 и меньшая величина удельной поверхности, чем указано в таблице, если при применении этих зол обеспечиваются заданные показатели качества бетона.

Использование золы уноса в производстве бетона

Электричество - "линия жизни" современной цивилизации. В Индии угольные электростанции - главный источник энергии. В процессе производства электричества на них образуется побочный продукт - зола-унос. Это очень хороший ресурс, который может быть успешно использован в производстве цемента и бетона, так же, как и в других областях.

Цементно-бетонные заводы нуждаются в нем особенно сильно.

Добыча и хранение золы-уноса

В Индии более 70% электричества производится на угольных теплоэлектростанциях. Индийский уголь содержит очень высокий процент золы, варьирующийся от 30% до 45%. Всего в Индии производится около 100 миллионов тонн золы каждый год.

Более тяжелые частицы - примерно 20%, собирающиеся на дне бойлера, называются "донной золой". Остальные 80%, более мелкие, уносятся газами и собираются в электростатических фильтрах (ESP). Это и есть зола-унос.

Зола-унос относится к пуццолановым материалам. Она транспортируется пневматическими механизмами в специальные башни наподобие силосных, где и хранится.

Зола-унос собирается в разных частях ESP. Более крупные и грубые частицы скапливаются в первых нескольких областях, и с каждой последующей областью они становятся все мельче и мельче.

Перед тем, как золу-унос используют в производстве бетона, ее проверяют на отсутствие крупных частиц и недогоревшего угля.

После этого ее загружают в закрытые цистерны и отправляют на RMC-завод.

Также зола-унос продается в пакетах на ТЭС города Бадарпур.

На RMC-заводе зола-унос и цемент хранятся отдельно в "силосных" башнях.

Различные строительные материалы, такие, как крупный наполнитель, песок и т.д., также складируются на заводе, и нет никакой нужды хранить их на месте строительства.

Зола-уноса в производстве бетона

Бюро индийских стандартов IS:456 разрешает использование золы-уноса в качестве частичной замены обычного портланд-цемента до 35%. Это сокращает потребность в обычном портланд-цементе, а значит,помогает сохранять уголь и известняк, что очень экономически важно. Также это сокращает выбросы углекислого газа в атмосферу и поэтому является экологичным.

Цемент, зола-унос, крупный наполнитель, мелкий наполнитель и вода автоматически смешиваются. Управление происходит в контрольной комнате.

Готовую бетонную смесь с RMC-завода собирают в транзитные миксеры и перевозят на место строительства.

Каждую партию бетонной смеси тестируют в лабораториях на заводе перед отправкой на место. Там транзитный миксер выгружает бетон везде, где он требуется.

Мы поговорили с мистером Раджешем Агарвалем, главным инженером Делийской Метростроительной Корпорации, по поводу его взглядов на использование золы-уноса в бетоне:

" Мы, Делийская Метростроительная Корпорация, используем золу-унос, смешанную с бетоном, при строительстве подземных конструкций. И, естественно, считаем ее очень полезной. Зола-унос, будучи пуццолановым материалом, реагирует с известью. Поэтому бетон становится прочнее, чем при обычной реакции. Зола, смешанная с бетоном, заметно улучшает надежность бетона и эффективность низкощелочных реакций с наполнителем, снижает воздействие сульфатов, делает бетон прочнее, предотвращает коррозию арматуры и удлиняет срок действия строений. Поэтому мы не ограничиваемся только песком, традиционными мелкими и крупными наполнителями, цементом и другими обычными материалами, имеющимися в наличии на RMC-заводах. "

Мы спросили мистера Шибана Рейну, генерального директора Национального совета по цементу и строительным материалам, что он думает об использовании золы-уноса:

" Зола-унос, как мы все знаем, больше не побочный продукт, а очень ценный ресурс. Архитекторы и строители могут извлечь из нее большую выгоду. Как крупная, так и мелкая, зола-унос - продукт высочайшего качества. Зола-унос может абсорбировать известь, ведь она содержит активный кремниевый компонент, который и делает это. В результате стопроцентная потенциальная сила обычного портланд-цемента становится реальностью. И на это как раз и стоит обратить внимание. Мы видим, что обычный цемент превращается в нечто лучшее, когда в него добавляют золу-унос. Повышается его текучесть. Сейчас зола-унос широко применяется в строительной индустрии. На месте строительства рабочим нужно думать, где хранить цемент и множество других вещей. Но нет нужды задумываться о хранении наполнителей, в том числе и золы-уноса. Нужно просто позвонить по телефону, внести определенный аванс, и вам доставят их точно в срок. "

В заключение стоит напомнить о преимуществах использования золы-уноса в бетоне:

  • Высокая, и долговременная прочность.
  • Высокая надежность.
  • Низкая проницаемость.
  • Низкое нагревание при повышенной влажности.
  • Повышенная сопротивляемость к сульфатам и коррозии.
  • Сниженная реакция между щелочью и наполнителем.

Можно без преувеличения назвать этот полезный и ценный продукт великим детищем нашей эры.

Применение золы уноса в бетонах

Записи (RSS) Комментарии (RSS)



Документация ЗШМ

Советы технолога

Информация для технологов

Партнеры

Производителям бетонов и растворов

При производстве бетонных смесей и строительных растворов в качестве минеральной добавки, частично заменяющей цемент, а также для частичной или полной замены мелкого заполнителя могут использоваться зола-унос и золошлаковый материал. Наиболее эффективно применение золы-унос в бетонах низких классов (до В20), в частности в бетонах, применяемых для строительства плотин, фундаментов, оснований. Количество вводимой золы колеблется от 30 до 90 кг на 1 м3 бетонной смеси.
Качество применяемой в бетонах и строительных растворах золы-унос должно соответствовать требованиям ГОСТ 25818–91, золошлакового материала – ГОСТ 25592–91. ГОСТ 25818–91 распространяется на золу-унос, которая применяется в качестве компонента для изготовления тяжелых, легких, ячеистых бетонов и строительных растворов, а также в качестве тонкомолотой добавки для жаростойких бетонов и минеральных вяжущих для приготовления смесей и грунтов в дорожном строительстве. Стандарт не распространяется на золу от сжигания горючих сланцев. ГОСТ 25592–91 устанавливает требования к золошлакового материала, применяемой в качестве заполнителя для тяжелых и легких бетонов сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений. Данный стандарт не разрешает использовать золошлаковые материалы в качестве заполнителя в бетонах гидротехнических сооружений, дорожных покрытий, труб, шпал, опор линий электропередач и в конструкциях из специальных бетонов.
В соответствии с ГОСТ 25818–91 золы-унос по виду сжигаемого угля подразделяют на антрацитовые (А), образующиеся при сжигании антрацита, полуантрацита и тощего каменного угля; каменноугольные (КУ), образующиеся при сжигании каменного угля; буроугольные (Б) – от сжигания бурых углей. По химическому составу золы подразделяют на типы: кислые (К) – антрацитовые, каменноугольные и буроугольные, содержащие оксид кальция по массе до 10 %; основные (О) – буроугольные, содержащие СаО более 10 %. Однако, такая классификация не отражает имеющиеся особенности химического состава буроугольных зол с высоким содержанием СаО. Поэтому, для буроугольных зол необходимо ввести дополнительный тип − высокоосновные, содержащие СаО более 40 %.
Золы-унос в зависимости от качественных показателей делят на четыре вида:

I – для железобетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетона;

II – для бетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетона, строительных растворов;

III – для изделий и конструкций из ячеистого бетона;

IV – для бетонных и железобетонных изделий и конструкций, применяемых при строительстве гидротехнических сооружений, дорог, аэродромов и др.

Для изготовления тяжелых и легких бетонов, строительных растворов золы-унос применяют для снижения расхода цемента и заполнителей, улучшения технологических свойств бетонных и растворных смесей, повышения качества бетонов и растворов. При изготовлении ячеистых бетонов кислые золы следует использовать в качестве кремнеземистого компонента смеси, а также с целью экономии цемента в неавтоклавных бетонах. Основные золы с содержанием СаО не менее 30 % рекомендуется применять в качестве минеральной добавки в цементе или компонента другого вяжущего при изготовлении строительных бетонов и растворов, в качестве вяжущего для частичной замены извести или цемента в ячеистых бетонах автоклавного и неавтоклавного твердения. В конструкционно-теплоизоляционных бетонах кислую золу следует использовать для частичной или полной замены пористых песков и снижения плотности бетона. Для конструкций подводных и внутренних зон гидротехнических сооружений следует применять кислую золу IV вида.
Оптимальное содержание золы в тяжелых, легких, ячеистых бетонах и строительных растворах устанавливают в результате подбора составов на конкретных материалах при условии обеспечения требуемых показателей качества бетона и раствора в изделиях, конструкциях и коррозионной стойкости арматуры. В целях обеспечения коррозионной стойкости ненапрягаемой арматуры в железобетонных конструкциях, эксплуатируемых в не агрессивных средах, содержание кислой золы в бетоне не должно превышать по массе расход портландцемента. Возможность увеличения содержания золы в бетонах устанавливают после проведения исследований по коррозионной стойкости арматуры, деформативным свойствам и долговечности бетонов, выполненных на конкретных материалах.
Качественные показатели зол-унос для строительных бетонов и растворов должны соответствовать требованиям, указанным в табл.

№ Наименование показателя Вид угля Значение показателя для вида золы
I II III IV
1 Содержание оксида кальция, мас. %:
– кислая зола, не более Для всех 10 10 10 10
– основная зола, более, Бурый 10 10 10 10
в том числе свободного СаО, не более:
– кислая зола Для всех - - - -
– основная зола Бурый 5 5 - 2
2 Содержание оксида магния, мас. %,не более Для всех 5 5 - 5
3 Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3, мас.%, не более:
– кислая зола Для всех 3 5 3 3
– основная зола Бурый 5 5 6 3
4 Содержание щелочных оксидов впересчете на Nа2О, мас. %, не более:
– кислая зола Для всех 3 3 3 3
– основная зола Бурый 1,5 1,5 3,5 1,5
5 Потери массы при прокаливании, мас. %,
не более:
– кислая зола Антрацит 20 25 10 10
Каменный 10 15 7 5
Бурый 3 5 5 2
– основная зола Бурый 3 5 3 3
6 Удельная поверхность, м2/кг,не менее:
– кислая зола Для всех 250 150 250 300
– основная зола Бурый 250 200 150 300
7 Остаток на сите № 008, мас. %,не более:
– кислая зола Для всех 20 30 20 15
– основная зола Бурый 20 20 30 15

Влажность золы должна быть не более 1 %. Золы-унос в смеси с портландцементом должны обеспечивать равномерность изменения объема при кипячении в воде, основные золы III вида – в автоклаве.
При производстве ячеистого бетона золу-унос используют в качестве вяжущего вещества и кремнеземистого компонента бетонной смеси. По ГОСТ 25485–89 для производства ячеистого бетона в качестве вяжущего вещества может применяться основная зола, содержащая общего СаО не менее 40 %, в том числе свободного СаО – не менее 16 %, SО3 – не более 6 %, сумму оксидов К2О и Nа2О – не более 3,5 %. При использовании золы-унос в качестве кремнеземистого компонента бетонной смеси она должна содержать не менее 45 % SiO2, не более 10 % СаО, не более 3 % К2О+Nа2О, не более 3 % SО3.
Ранее в инструкции по изготовлению изделий из ячеистого бетона СН 277-80 к золам предъявляли следующие требования. Основные золы от сжигания горючих сланцев и бурых углей должны иметь химический состав: содержание общего СаО – не менее 30 %, в том числе свободного СаО – 15…25 %; содержание оксида SiO2 – 20…30 %, оксида SО3 – не более 6 %, сумма окси-дов К2О и Nа2О не более 3 %. Удельная поверхность зол-унос должна быть в пределах от 300 до 350 м2/кг.

Кислая зола-унос должна иметь стекловидных и оплавленных частиц не менее 50 %, потери массы при прокаливании для буроугольной и каменноугольной соответственно не более 3 и 5 %, удельную поверхность для буроугольной и каменноугольной соответственно не менее 400 и не более 500 м2/кг. Зола-унос должна выдержать испытания на равномерность изменения объема.
По ГОСТ 26644–85 из шлаков от сжигания твердого топлива могут быть получены фракционированный щебень с размером зерен 5–10, 10–20 и 5–20 мм, шлаковый песок с размером зерен до 5 мм,рядовой несортированный шлак с размером зерен до 20 мм. Требования к зерновому составу фракционированного щебня, шлакового песка и рядового шлака приведены в табл.

Наименование показателя Величина показателя для различных материалов
Фракциониро-ванный щебень Шлаковый песок Рядовой несортиро-ванный шлак
Полные остатки на ситах с диаметром отверстий, соответствующего
наименьшему номинальному размеру зерен фракций, мас. %		 90–100 – –
Полные остатки на ситах с диаметром отверстий, соответствующего
наибольшему номинальному размеру зерен фракций, мас. %		 до 10 до 10 до 10
Содержание зерен, проходящих через сито № 0315, мас. %, не более 5 20 10

Насыпная плотность щебня из плотного шлака, применяемого для тяжелого бетона, должна быть не менее 1000 кг/м3, шлакового песка из плотного шлака – не менее 1100 кг/м3. В зависимости от насыпной плотности щебень из пористого шлака, применяемый для легкого бетона, подразделяют на марки 500, 600, 700, 800, 900 и 1000, песок – на марки 600, 700, 800, 900, 1000 и 1100.
Потери массы при прокаливании в плотных шлаковых щебне и песке не нормируют, а в пористых камен-ноугольных и буроугольных шлаках они не должны превышать значений, соответственно, при использовании заполнителей в бетоне 7 и 3 %, в железобетонных изделиях – 5 и 3 %. Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3 в шлаковом щебне и песке не должно превышать 3 %, свободного СаО – 1 %.
Щебень должен обладать устойчивой структурой: потери массы шлака при определении стойкости против силикатного и железистого распадов соответственно не должна превышать 8 и 5 %.
Морозостойкость шлакового щебня должна характеризоваться потерей массы не более 8 % при 15 циклах попеременного замораживания и оттаивания для пористого щебня и 100 циклов – для плотного щебня. В щебне и песке не должно быть посторонних засоряющих примесей (растительные остатки, грунт, кирпич и т.п.).
К вредных компонентам в составе золы и шлака относятся соединения серы, несгоревшие частицы твердого топлива (кокс и полукокс), свободные оксиды кальция и магния, особенно в крупнокристаллическом или пережженном состоянии, оксиды щелочных материалов. Кроме того, отрицательное действие на их свойства оказывает наличие в золе и шлаке неустойчивых фаз, приводящих к разрушению частиц золы или гранул шлака в результате объемных изменений необожженного глинистого вещества, присутствующего в шлаках низкотемпературного сжигания. Глинозем другой разновидности (дегидратированный) способен к регидратации и вызывает объемные изменения шлака. Вредное влияние на деформационные свойства строительных материалов и изделий на основе золошлаков оказывают сульфиды железа, окисляющиеся при совместном воздействии воздуха и воды.

В соответствии с ГОСТ 25592–91 к угольному золошлаковому материалу, применяемой в качестве заполнителя для тяжелых и легких бетонов сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций, предъявляются следующие технические требования.

Использование золы уноса ТЭС

Помогите пожалуйста.
Мы производим пенобетонные блоки размером 600х300х200 плотность D600.
Установка Санни-14, пенообразователь Ареком-4, уск. твердения CaCl2, цемент Горнозаводский М400, песок речной намывной. Есть возможность использовать золу уноса (рядом ТЕС).

Подскажите пожалуйста пропорции цемент-зола.
Есть ли типовые рецепты?
Как это отразится на прочности?
Какой анализ золы нужно сделать?

Так же интересует какую плотность должен иметь пенобетон для заливки полов, нужно ли использовать песок?

Что лучше использовать для смешивания бетона и пены при использовании пеногенератора Фомм-ПГМ?

Лучшие ответы в теме

Дело в том, что для ТЭЦ зола не является продуктом, а всего - навсего отходом. Только Рефтинская зола получается с нормированными свойствами, для этого приняты специальные меры. Ведь уголь идёт в котёл то такой, то этакий, орденоносные (по заслугам) супермастера умудряются сжигать его в котлах, поддерживая мощность. а уж какая зола получится - не их проблема. Был как-то на совещании известнейшей цементопроизводящей фирмы, для которой это оказалось непреодолимым препятствием. Да, в принцип.

Пользователь Была ли полезна информация? да отчасти нет Карма: 247.5 Звание: Опытный 01.12.04 15:12

По золе уноса типовых рецептов нет, но могу сообщить следующее:

1. золу уноса использовать нужно, т.к. это поможет повысить качество пенобетона (прочность увеличится) и снизить себестоимость

2. требования к золе (выдержка из ГОСТ 25485-89):
зола-унос ТЭС по ОСТ 21—60, содержащая SiO2 не менее 45 %, СаО не более 10 %, R2O не более 3 %, SO3 не более 3 %;

А теперь из практики:
типичный состав пенобетона (для цемента 400, для 500 можно уменьшать кол-во цемента и добавлять золы):
плотность 600:
цемента 260
золы 280
плотность 800:
цемент 350
зола 370

Плотность пенобетона для заливки полов может быть разная. Например, на объекте где делается реконструкция заливают 10см пенобетоном плотностью 300, а сверху делают цементную стяжку. Можно просто основной слой делать из пенобетона малой плотности, а сверху несколько сантиметров плотностью 1000-1200.

Для смешивания раствора с пеной из пеногенератора желательно использовать бетономешалки принудительного типа. Причет не такие где лопатки, а где используются разнонаправленные шнеки. Это дает высокое качество перемешивания пены и раствора.

Аналитический обзор применения золы ТЭЦ в производстве бетона


В данной статье приведены результаты исследований по получению и изучению функциональных свойств различных видов бетона на основе золы-уноса, золошлаковых смесей ТЭЦ.

Ключевые слова: зола, золобетон, микрокремнезем, твердение, прочность, плотность.

Использование отходов тепловых электростанций (топливных зол и шлаков) следуеть считать частью общей проблемы сохранения и очистки от загрязнения окружающей среды. Загрязнения окружающей среды — воздуха, воды и почвы — одна из важнейших проблем современности, касающаяся практический всех стран, и в особенности высокоразвитых.

Применяя золы уноса и золошлаковых смесей в качестве мелкого и крупного заполнителя в бетонной смеси значительно снижает себестоимость материала, так как подготовка золы — уноса требует меньше затрат по сравнению с песком, щебнем и т. п. Подготовка золы для производства зола бетона имеющие конструкционно-теплоизоляционные свойства подразумевает первый этап — это сушка, просеивание. А также применяя золы уноса в качестве заполнителя для бетона мы как бы помагаем в некоторой степени улучшаем экологию нашей страны. Мы все знаем что каждый год собирается тонны отходы из теплоэнергетических станции и в результате природных стихии ветра, дождя и т. п. эти летучие материалы загрязняют нашей с вами окружающую среду. Теплоэнергетические станции есть и работают во многих регионах Казахстана. Внедряя эту систему, т. е. использование золы уноса в качестве заполнителя мы снижаем загрязняемость тем самым улучшаем экологию нашей с вами страны.

На сегодняшний день производиться немало видов конструкционно-теплоизоляционного вида материалы. Самые распрастраненные из них — это газо и пено блоки. Главнейшие недостатки этих материалв заключается в их себестоимости и определенные физико-механические свойства.

Утилизация вторичных продуктов промышленности в бетонах позволяет решать важные экологические, экономические и энергетические проблемы.

В работе [1] на основе безобжигового зольного гравия подобраны составы бетонов и определены их физико-механические свойства. По плотности они относятся к облегченным бетонам (1817–1857 кг/м3), прочности ‒ соответствуют классам В10, В12,5 и В25. При введений добавки суперпластификатора происходил снижение водопотребности бетонной смеси и повысился прочность бетона. Состав бетона определялся методом расчета по абсолютному объему компонентов для приготовления бетона, разработанный проф. Б. Г. Скрамтаевым. Фактический расход материалов и физико-механические свойства материалов приведена в таблице 1 и 2.

Использование золы ТЭС в технологии геополимерных строительных материалов


Приведены данные о эффективности применения золы ТЭС в производстве геополимерных вяжущих строительного назначения. Показано, что в России и других странах, не имеющих развитой индустрии утилизации промышленных отходов, применение золы в технологии геополимерных вяжущих является наиболее перспективным направлением ее использования.

Ключевые слова: геополимер, строительное вяжущее, зола ТЭС, утилизация.

Геополимерные вяжущие и материалы на их основе — активно развивающееся в последние годы направление создания ресурсо- и энергосберегающих технологий строительных материалов. В качестве сырья для получения геополимеров использовались алюмосиликатные материалы, которые подвергались термической обработке при температуре 750…850 °С. Это позволяло, в сравнении с портландцементом, сократить на 70…90 % расход энергии и выбросы углекислого газа при производстве вяжущего [1]. Еще менее энергозатратны технологии геополимерных материалов на основе золы-уноса и доменного гранулированного шлака, так как эти промышленные отходы в процессе образования уже прошли термическую обработку.

Анализ многочисленных публикаций, посвященных геополимерным материалам, позволяет сделать вывод о том, что перспективным сырьем для производства этих материалов являются золы ТЭС. Объемы производства топливных зол во всем мире достигают 800 млн т [2], что намного больше по сравнению с производством доменных шлаков, микрокремнезема и других материалов, использующихся в технологии геополимерных материалов.

Золы ТЭС представляют собой неорганическую часть угля после кратковременной температурной обработки. В золе содержится неорганическое и органическое вещество. Последнее представлено несгоревшим углем. Основными минералами золы являются глинистые минералы, а также слюды и кварц. Химический состав зол представлен в основном оксидами кремния, алюминия и кальция. В качестве второстепенных зола содержит оксиды железа, магния, серы, натрия и калия. Минеральный состав включает стекловидные фазы, а также кристаллические составляющие, такие, как различные модификации кварца, мелилит, волластонит и др. Частицы золы имеют сферическую форму с размером от 1 до 100 мкм [3] и развитую внутреннюю поверхность, что облегчает помол золы.

При быстром охлаждении золы в ней образуется значительная доля стекловидных фаз, что, наряду с высокой удельной поверхностью золы-уноса — 200…600 м 2 /кг, является причиной проявления вяжущих или пуццолановых свойств золы. Реакционная способность золы определяется содержанием в ней термодинамически менее устойчивой стеклофазы, кристаллические минералы обычно инертны.

Основное преимущество золы в сравнении с другими сырьевыми материалами — значительная доля в ее составе стекловидных фаз алюмосиликатного состава и высокая дисперсность. Эти два фактора позволяют получать на основе золы геополимеры с высокими техническими характеристиками [1, 4–7] без температурной обработки сырья и его измельчения.

Химико-минералогический состав золы и зольность углей могут значительно различаться, однако в пределах каменноугольных бассейнов и месторождений состав зол имеет схожие черты. По химическому составу золы классифицируются на кислые и основные. Классификационным критерием является содержание в золе СаО. При содержании оксида кальция до 10 % зола относятся к кислым, а свыше 10 % — к основным.

В зарубежной практике по содержанию СаО золы в соответствии со стандартом ASTM С618 Американского общества по материалам и их испытаниям делятся на два класса: класс C и класс F. При содержании в золе оксида кальция менее 10 % она относится классу F, а при большем содержании СаО — к классу C.

Далеко не все золы обладают химико-минералогическим составом, пригодным для получения геополимерных материалов. В основном используются кислые золы с низким содержанием CaO и высоким содержанием оксида алюминия и кремния [6, 7]. Jaarsveld с соавторами [8] отмечают, что активность, сроки схватывания и твердения вяжущего зависят от вида золы-уноса. Зола-унос с высоким содержанием CaO обладает высокой прочностью в ранние сроки твердения, потому что формируются гидроалюминаты кальция.

Имеются данные [9] об успешном использовании для производства геополимерного бетона низкокальциевой золы-унос, содержащей до 80 % алюмосиликатных оксидов, при соотношении Si/Al = 2. В этой золе количество оксида железа составляло около 10…20 %, оксида кальция менее 5 %. Содержание углерода, определяемое по потере при прокаливании, в золе-уносе было менее 2 %. В золе-унос содержалось 80 % частиц с размером менее 50 мкм.

Содержание несгоревшего угольного остатка является важным фактором, влияющим на механические свойства геополимерных вяжущих. Согласно Jaarsveld и др. [8], чем выше содержание несгоревших остатков угля, тем ниже прочность при сжатии и больше пористость геополимеров. Однако требования к содержанию этого снижающего качество золы компонента для производства геополимера менее жесткие по сравнению с требованиями, предъявляемыми при использовании золы в качестве компонента композиционного вяжущего на основе портландцемента.

Европейские стандарты EN 206–1 и EN 206–2 ограничивают содержание в золе-уносе несгоревшего угольного остатка (потери при прокаливании) до 2. 5 %. Результаты испытания золы, содержащей до 80 % аморфного алюмосиликата и 23 % несгоревшего угля, показали, что она не может быть использована в производстве армированного бетона. Однако эта зола с успехом применяется для синтеза геополимера [1].

Многими исследованиями установлено, что к основными факторам, влияющим на прочность геополимерных вяжущих, относятся вид и количество активатора твердения, соотношение в сырьевых материалах Si/Al, режимы твердения.

Для производства геополимерного вяжущего на основе золы в качестве модифицирующего компонента используется доменный гранулированный шлак, доля которого в вяжущем достигает 50 % и более. При таком высоком содержании этого компонента вяжущее можно считать гибридным. Шлак целесообразно вводить в состав вяжущего при использовании высококальциевой золы и активации твердения гидроксидом натрия. Применение добавки шлака позволяет повысить прочность вяжущего и темпы ее набора, а также снизить усадочные деформации.

В качестве активатора процесса геополимеризации используются два вида щелочных соединений — щелочи (NaOH и KOH) и жидкое стекло (натриевое, калиевое или смешанное). Скорость протекания геополимерных реакций выше, если щелочным активатором служит раствор гидроксида щелочного металла, силиката натрия или силиката калия, в сравнении со скоростью реакций при использовании только гидроксида щелочного металла.

Для смешанных вяжущих на основе золы-уноса и шлака, активированных силикатом натрия, предпочтительны нормальные условия твердения, а также низкотемпературная тепловлажностная обработка (20. 80 ºС) в течение непродолжительного периода времени. На этапе тепловой обработки важно не допускать сухого прогрева [10], который затрудняет процессы гидратации шлака и снижает прочность геополимерного вяжущего.

При использовании в качестве активаторов только щелочей для геополимерных вяжущих на основе золы-уноса или метакаолина следует применять только тепловую обработку, а при наличии в составе добавки шлака могут быть выбраны и нормальные условия твердения, и тепловлажностная обработка.

Геополимерные вяжущие на основе золы-уноса обладают [1] свойствами:

- усадка при схватывании <0,05 %;

- прочность на сжатие — более 90 МПа через 28 сут, а для быстротвердеющих высокопрочных геополимеров — 20 МПа через 4 часа;

- прочность при изгибе — 10…15 МПа через 28 сут, а для быстротвердеющих высокопрочных геополимеров — 10 МПа после 24 часов;

- модуль упругости — более 2 ГПа;

- после 180 циклов замораживания-оттаивания потеря массы менее 0,1 %, потеря прочности менее 5 %;

- после 180 циклов увлажнения-высушивания потеря массы менее 0,1 %;

- выщелачивание в воде после 180 дней — K2O менее 0,015 %;

- водопоглощение — менее 3 %;

- гидравлическая проницаемость — 10 м/с;

- потеря массы под действием 10 % раствора серной кислоты — 0,1 % в сут;

- потеря массы под действием 50 % KOH — 0,2 % в сут.

Ежегодно на российских тепловых электростанциях образуется около 50 млн т отходов сжигания твердого топлива, а доля их утилизации не превышает 10 % [2]. В результате в золоотвалах накопилось более 1 млрд т золошлаковых отходов [2]. В связи с этим в нашей стране золы-унос — самое перспективное сырье для организации производства геополимерных вяжущих.

Геополимеры на основе зол и шлаков в настоящее время в некоторых странах используются только в порядке опытно-промышленного применения. Наибольшая перспектива роста промышленного производства этих материалов имеется в развивающихся странах, где рынок утилизации отходов еще не сложился и золы и шлаки в основной массе не находят применения, в отличие от промышленно развитых стран.

Значительная часть золы в промышленно развитых странах в настоящее время используется для различных целей — в качестве добавок при производстве цемента, добавки в бетоны, при производстве рулонных кровельных материалов, для замены грунта при различных видах строительства и др.

В связи с этим в промышленно развитых странах со сформировавшимися рынками использования этого отхода в качестве сырья для различных технологий не следует ожидать бурного роста производства геополимерных материалов на основе золы. В развивающихся странах, где существует индустрия утилизации угольной золы, а также зол от сжигания рисовой шелухи, отходов производства пальмового масла, эти материалы можно рассматривать в качестве перспективного сырьевого ресурса для производства геополимерных вяжущих.

3. Иванов И. А. Легкие бетоны с применением зол электростанций [Текст] / И. А. Иванов. — М.: Стройиздат, 1986. — 136 с.

4. Ерошкина Н. А., Коровкин М. О., Коровченко И. В. Свойства геополимерного вяжущего на основе Томь-Усинской ГРЭС // Новый университет. Серия: Технические науки. 2014. № 12 (34). С. 30–34.

5. Ерошкина Н. А. Геополимерные строительные материалы на основе промышленных отходов: моногр. / Н. А. Ерошкина, М. О. Коровкин. — Пенза: ПГУАС, 2014. — 128 с.

Читайте также: