Строительство и архитектура/ 4.Современные строительные материалы

Томпишева А.Б., магистрант

Шашпан Ж.А., д.т.н., доцент

Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева, Казахстан

Бетоны и растворы на основе

отходов ТЭЦ в Казахстане

Ключевые слова: бетоны и растворы на основе отходов ТЭЦ, зола-унос условия эксплуатации, эффективность пылеватых зол, несущая способность, прочность.

Список использованных источников

1. Баженов Ю.М. Технология бетона. – М.: «Высшая школа», 1978.

2. Дворкин Л.И. Строительные материалы из отходов промышленности Феникс, 2007.

3. Костин В.В. Опыт использования отходов ТЭС в производстве строительных материалов. – Новосибирск, 2001.

4. Данилович И.Ю. Использование топливных шлаков и зол для производства строительных материалов: Учеб. пособие для сред. ПТУ Сканави.-М.: Высш. шк., 1988.

Современное интенсивное развитие строительной индустрии заключается в необходимости непрерывного улучшения технических и эксплуатационных характеристик материалов, при этом, снижая себестоимость продукции. В этой связи одним из способов, повышение эффективности бетонов и растворов при разработке строительных материалов, может послужить использование техногенного сырья. Использование такого вида сырья обеспечит снижение затрат материалов на 12-20%, позволит расширить сырьевую базу, снизит базу в капитальных вложениях на развитие материальной базы строительства и одновременно решит задачу охраны окружающей среды. Для производства таких строительных материалов в мировой практике все чаще используют в качестве отходов каменноугольную золу-унос. В Казахстане много действующих тепловых электростанций, работающих на угольном топливе, в результате сжигания которого, помимо прочего, образуется огромное количество золы. Складирование золошлаковых отходов занимает большие площади. Использование таких продуктов в производстве бетонов и растворов способствует решению основных задач, а именно: экономии энерго-сырьевых ресурсов, утилизации отходов, улучшению экологической обстановки в регионах. Исследование и разработка материалов поможет установить возможности получения эффективных бетонов и растворов с использованием техногенных отходов, что в дальнейшем позволит развить экотехнологии при их производстве.

Бетоны с добавкой золы-унос. Исследованиями и практикой установлена эффективность введения сухих пылевидных зол при изготовлении бетонных и растворных смесей в качестве активных минеральных добавок и микронаполнителей.

Бетонные смеси с золами обладают большей связностью, лучшей перекачиваемостью, меньшим водоотделением и расслоением. Бетон имеет при этом большую прочность, плотность, водонепроницаемость, стойкость к некоторым видам коррозии, меньшую теплопроводность.

Наиболее эффективны как активные добавки в бетонах кислые золы, не обладающие вяжущими свойствами; их пуццоланическая активность проявляется во взаимодействии с цементным вяжущим. В зависимости от этой характеристики по отношению к конкретному цементу, водопотребности и удобоукладываемости бетонной смеси, условий и длительности твердения удается существенно сократить расход цемента.

Оптимальное содержание золы (кг/м3), составляет для бетонов: пропариваемого — около 150; нормального твердения — 100. В соответствии с известными рекомендациями применение 150 кг золы-уноса на 1 м3 тяжелого бетона классов В7,5—ВЗО позволяет сэкономить 40—80 кг цемента. В бетонах, подвергаемых тепловой обработке, применение золы дает возможность экономить до 25% цемента.

Значительный практический опыт применения золы-уноса в бетонах накоплен в гидротехническом строительстве. В настоящее время доказана эффективность замены 25—30% портландцемента золой-уносом для бетонов внутренних зон массивных гидротехнических сооружений и 15—20% для бетона в подводных частях сооружений. В ряде случаев обоснована целесообразность увеличения содержания в гидротехническом бетоне золы-уноса до 50—60% от массы цемента. При замене золой до 40% цемента при их совместным измельчением прочность бетона через 28 сут близка, а через 60 сут практически равна прочности бетона без добавки.

Впервые в 1961 г. произведена опытно-производственная укладка бетона с добавкой 15—20% золы-уноса в тело плотины Братской ГЭС. Было уложено около 5000 м3 бетона с золой, который по основным физико-механическим характеристикам не отличался от бетона без добавки золы. При строительстве Днестровского гидроузла введение в вяжущее 25% золы не снизило прочностные показатели гидротехнического бетона в возрасте 180 сут и позволило повысить коэффициент эффективности использования цемента.

В настоящее время все шире применяется зола-унос в производстве сборных железобетонных конструкций. Сухую золу вводят в бетон классов В7,5—В40 в количестве до 20—30% от массы цемента. Однако при чрезмерном содержании золы возможно вспучивание поверхности пропариваемых изделий. Одной из существенных характеристик золы как активной минеральной добавки в бетон является ее гидравлическая активность. Традиционными методами она определяется по способности зол поглощать известь из известкового раствора, а также проявлять вяжущие свойства в сочетании с гидратной известью. Ускоренным методом определения активности зол является микрокалориметрический метод, в соответствии с которым активность золы определяется по величине теплоты ее смачивания в полярных и неполярных жидкостях, учитывая коэффициент гидрофильное™ и ряд других параметров. Требования к золам, как к активным минеральным добавкам в бетонную смесь, обусловлены физико-химическим механизмом их влияния на процессы твердения и структурообразования бетона. Гидравлическая активность зол, как и других веществ пуццоланового типа, в значительной мере обусловлена химическим взаимодействием входящих в них оксидов кремния и алюминия с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидролизе клинкерных минералов, с образованием гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Гидратации зол способствует их стекловидная фаза, кристаллическая фаза в этом процессе практически инертна. Химическая активность зол непосредственно связана также с их дисперсностью.

По современным представлениям прочность цементов и бетонов с добавкой золы зависит от толщины затронутого химическими процессами поверхностного слоя зольной частицы.

Положительному влиянию золы на структурообразование бетона способствует также «эффект мелких порошков», расширяющих свободное пространство, в котором осаждаются продукты гидратации, что ускоряет процесс твердения цемента.

В зависимости от области применения золу подразделяют на виды: I — для железобетонных конструкций и изделий; II — для бетонных конструкций и изделий; III — для конструкций гидротехнических сооружений. В пределах отдельных видов дополнительно выделяют классы золы для бетонов: А — тяжелого; Б — легкого. Удельная поверхность золы класса А должна быть не менее 2800 см2/г, а класса Б — 1500—4000 см2Д. Остаток на сите № 008 для золы класса А не должен превышать 15% по массе. По химическому составу к золе предъявляют требования, указанные в табл.1. Влажность золы сухого отбора должна быть не более 3%.

Таблица 1 - Требования к золе-унос как добавке в бетоны

Показатель	Значение показателя для золы вида и класса
	I	II	III
	А, Б	А, Б	А
Содержание (SiO2 + А12О3 + Fe2O3), % по массе, для золы:
антрацитовой и каменноугольной	70	—	70
буроугольной	50	—	50
Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3, % по массе, не более	3	3,5	3
Содержание свободного оксида кальция (СаОсв), % по массе, не более	3	5	2
Содержание оксида магния MgO, % по массе, не более	5	5	5
Потери при прокаливании, % по массе, не более, для золы:
антрацитовой	15	20	5
каменноугольной	7	10	5
буроугольной	5	5	3

Необходимость использования зол и шлаков диктуется не только экономическими соображениями, но и особо важными требованиями охраны окружающей среды. Замена природного сырья золами и шлаками способствует охране недр. Ликвидация золошлаковых отвалов благоприятно сказывается на атмосферном воздухе, который в местах отвалов содержит частицы пыли, разносимые ветром на значительные расстояния и отрицательно влияющие на окружающую среду и здоровье людей. ТЭЦ-2 г. Астаны является подразделением АО «Астана-Энергия». Максимальная электрическая мощность составляет 480 МВт. На ТЭЦ работает 7 паровых котлов. Золоудаление производится гидравлическим способом, на котлоагрегате №7 возможно пневматическое удаление. Зола смешанная с водой после эмульгаторов и электрофильтров по каналам ГЗУ (гидрозолоудаления) поступает на всас багерным насосам, которые по трем ниткам золопроводов отправляют ее на золоотвал. Основным топливом служит экибастузский уголь, ежечасно сжигается порядка 400 тонн. Зола экибастузских углей содержит значительное количество алюмосиликатов, соли железа, кальция и магния, имеет высокую температуру плавления, обладает абразивными свойствами. Ее химический состав приведен в таблице 2. Недожог составляет порядка 4-6%

Таблица 2

Химический состав золы экибастузких углей

Пласты	Химический состав золы, %
	SiO2	Al2 O3	Fe2 O3	Ca O	Mg O	SO3
1 2 3	58,40 61,63 58,98	26,29 27,11 29,76	8,82 5,67 9,17	3,35 3,21 1,28	1,53 0,49 0,37	1,58 0,95 0,29

При производстве изделий из тяжелого бетона в кассетах на их поверхности образуются многочисленные поры и раковины, обусловленные вовлечением воздуха в бетонную смесь при ее укладке в кассеты и при вибрации. Введение золы повышает подвижность бетонной смеси и уменьшает воздухововлечение, в результате чего число дефектов на поверхности изделий уменьшается. При оптимальном содержании золы в бетонной смеси наряду с уменьшением расхода цемента уменьшается ее водоотделение и расслоение. Содержание золы в смеси может быть увеличено при использовании высокоактивных портландцементов, ускорителей твердения и добавок, повышающих морозостойкость и водонепроницаемость бетона. В ряде случаев возможна замена 50 % по массе и более цемента золой, что очень важно с точки зрения повышения степени утилизации золы.

Таким образом в результате исследований будет определен оптимальный способ использования отходов, проведены все необходимые испытания, рассчитан экономический и экологический эффект. Научно обоснованные технические решения, разработанные на основе результатов исследований позволят получить значительную экологическую и экономическую выгоду после внедрения выбранных технологий.