Конструкционно – теплоизоляционный бетон с использованием золы ТЭЦ

Structural and heat-insulating concrete using thermal power plant TEC

Зола – несгорающий остаток с зернами мельче 0,16 мм, образующийся из минеральных примесей топлива при полном его сгорании и удаленный способом гидроудаления или осажденный из дымовых газов золоулавливающими устройствами. В зависимости от вида топлива зола подразделяется на антрацитовую, каменноугольную, буроугольную, сланцевую, торфяную и др. Использование их в промышленности, строительной индустрии и сельском хозяйстве – один из стратегических путей решения экологической проблемы в зоне работы ТЭС. Шлаки и золы имеют хорошую перспективу для широкого их использования с целью ресурсосбережения, решения экологических и экономических проблем, связанных с сохранением природных ресурсов цветных, редких металлов и других материалов [1].

По своему химическому и фазовому составам золы и золошлаки сходны с такими природными материалами как глина и песок, которые широко используются для производства различных видов строительных материалов, в частности вяжущих, легких заполнителей и бетонов.

В работе [2] приведен состав известково-зольного вяжущего, где количество золы составляет 60-80 %, извести 20-40% по массе. В том случае, когда в золах содержится до 15-40 % СаОсв. или способные к гидратации силикаты, алюминаты и ферриты кальция, количество вводимой извести сокращается. Известково-зольные вяжущие с повышенной воздухостойкостью должны содержать не менее 30-40 % извести. Интенсифицировать твердение известково-зольных цементов возможно при тепловой обработке паром. Повышению стойкости способствует введение в эти вяжущие до 20-25 % портландцемента.

            СибГИУ получен патент № 2077516 «Вяжущее из золы», на основании которого получено бесклинкерное вяжущее на основе высококальциевой золы (с содержанием CaOсв – 16-32%), при следующем соотношении компонентов по массе: гипс 2,5-3,5%, хлорид кальция – 0,5-1,5%, известковый алевролит – 25-33%, высококальциевая зола-унос – остальное. Также разработан способ получения, вяжущего из золы (патент №2101245) при котором высококальциевую золу-унос из фильтров с температурой около 700 oC подвергают быстрому охлаждению до 100oC, а затем измельчают совместно с активной минеральной добавкой (полимиктовым песчаником) повышенной прочности и твердости с добавлением двуводного гипсового камня (в количестве 3-5% по массе вяжущего) и хлорида кальция (в количестве 1-3%) до тонкости помола 550-660 м2/кг. Полученное вяжущее, имеет активность через 28 суток твердения в воздушновлажностном режиме - 25,3 МПа, после тепловлажностной обработки по режиму (3+8+3) и дальнейшего твердения, в течении 28 суток, прочность возрастает до 39,7 МПа [3].

В исследовании [4] установлено влияние технологических факторов производства зольного гравия на клинкерной (цементной) основе на его прочностные показатели. Соотношение золы и цемента в смеси для зольного гравия составляет 1:10 при В/Ц = 3. После изотермической выдержки гранулы имеют прочность при сдавливании в цилиндре 2,1 МПа. Получены легкие бетоны на бесклинкерном гравии с прочностью при сжатии после пропаривания до 10 МПа и плотностью 1570-1700 кг/м3. На клинкерном гравии получены бетоны с прочностью при сжатии 2,5-5,3 МПа и плотностью 1230-1375 кг/м3.

            Предложенная Прокопцом В. С. смесь получила название «Зольцит», состав которой включает, %: цемент 27-47, золу ТЭС 29-40, шлам 19-30, добавка С-3 3-5. Ввяжущее после 28 суток твердения имеет прочность при сжатии 44,5-65,5 МПа, на растяжение при изгибе 6,2-8,9 МПа [5].

В работе [6] высокальциевая зола бурых углей Канско-Ачинского угольного бассейна используется для приготовления тяжёлых бетонов. Именно высокое содержание оксида кальция делает золу бурых углей качественным минеральным материалом и отличным вяжущим для изготовления бетонных смесей. Бетонная смесь с включением в состав ЗШО, в количестве 20 %, достигла прочности в 28 суточном возрасте – 38,5 МПа. В то время как бетонная смесь с включением в состав ЗШО с пластифицирующими добавками достигла максимальной прочности порядка – 42,5 МПа. Разработаны рецептуры тротуарного камня с применением ЗШО и пластификатора (на основе С - 3) в количестве от 0,4 до 1 % от массы вяжущего (сумма масс цемента и золы) в смеси.

Авторами работы [7] с помощью математического планирования эксперимента определены оптимальные составы легкого бетона с применением золы-уноса Приднепровской ТЭС. Расход золы-уноса на 1 м3 бетона составляет 370-410 кг, при расходе цемента 140-180 кг. Плотность полученного бетона находится в пределах 1720-1780 кг/м3, прочность при сжатии после 28 суток твердения составляет 7,3-8,9 МПа.

Изделия из бетона с применением золы изготавливаются в основном способом виброформованиями на вироплощадке. При таком способе формования В/Ц золобетонной смеси составляет 2-3, что значительно больше по сравнению с традиционными бетонными смесями. Повышенный расход воды связан с высокой удельной поверхностью золы, чем больше удельная поверхность, тем больше нужно воды для смачивания зерен золы. При повышением содержание воды в бетонной смеси, после твердения изделий в них образуется большое количество пор из-за испарения воды. При этом заметно снижается средняя плотность изделий, что является положительным фактором. Однако, вместе с этим, существенно снижается прочность бетонных изделий на сжатие и изгиб [8].

В данной работе для изготовления изделий из золобетонной смеси применялся способ прессования при пониженном В/Ц отношении. Кроме того прессовый способ формования позволяет изготавливать золобетонные изделия с меньшим расходом цемента. 

Для приготовления золобетонной смеси применялась зола-унос Алматинской ТЭС-2. Насыпная плотность золы-уноса составляет 500-600 кг/м3, истинная плотность – 2250 кг/м3. В качестве вяжущего использовали портландцемент марки ЦЕМ I 32,5 H (ГОСТ 31108-2003). Соотношение материалов в составе бетонной смеси определяли по абсолютному объему.

Расход цемента на 1м3 бетона 300-400 кг. Образцы из золобетонной смеси формовали при В/Ц = 0,9-1,2.

Зола и цемент смешивали в сухую до получения одноронной массы. Затем добавляли нужное количество воды и пермешивали еще  в течении 4-5 минут. Смесь укладывали в цилиндрическую форму, ставили под гидралический пресс и прессовали при нагрузке 500 и 800 кгс. После 28 суток твердения определяли свойства образцов-цилиндров. Расход сырьевых материалов и технологические параметры формования образцов приведены в таблице 1. Результаты определения свойств золобетонных образцов приведены в таблице 2. На рисунке представлены фотографии образцо-цилиндров из золоцементной смеси.

 

Талица 1. Расход материалов и параметры прессования золобетонных образцов

 

состава

Расход материалов

на 1 м3, кг

В/Ц

Давление прессования, кгс (МПа)

Цемент

Зола

1

300

1250

1,2

800 (3,9)

2

300

1250

1,2

500 (2,5)

3

400

1174

0,9

800 (3,9)

4

400

1174

0,9

500 (2,5)

 

Таблица 2. Функциональные свойства золобетонных образцов 

состава

ρср, кг/м3

Rcж через

28 сут.,

МПа

Коэфициент теплопродности, λ, Вт/(м∙оС)

Марка по морозостойкости

Коэфициент размягчения

1

1381

16,26

0,48

F 35

0,97

2

1210

9,0

0,36

F 25

0,91

3

1433

19,42

0,51

F 35

0,98

4

1240

9,33

0,39

F 25

0,91

 

Рис. Золобетонные образцы-цилиндры после 28 суток твердения.

Заклчение. В результате проведенных исследований на онове золы–уноса Алматинской ТЭС-2 установлена возможность получения золобетонных изделий методом прессования при пониженных значениях В/Ц. По показателям морозостойкости и коэфициентов размягчения золобетонные  образцы является морозостойкми и водостойкими. По значениям средней плотности золобетон можно отнести к конструкционно-теплоизоляционным. По прочности на сжатие они имеют марки М100-М200 и относятся к классам В7,5-В15. По своим техническим характеристикам полученный золобетон соответствуют требованиями ГОСТ 25820-2014 «Бетоны легкие» Технические условия.

Список литературы:

  1. Зубрицкая Я.А. Исследование состава золошлаковых отходов Красноярской ГРЭС как продуктов для утилизации. nirs_week.enin.tpu.ru/doc/2007/eenb/section4.pdf .
  2. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества: Учеб. для вузов / А. В. Волженский. – М. : Стройиздат, 1973. – 479 с.
  3. Строительные материалы из отходов промышленности / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. – Ростов Н/Д. : Феникс, 2007. – 363 с.
  4. 4. Прокопец B.C. Карамышев И.М. Производство высокомарочного вяжущего с использованием золошлаковых сырьевых материалов омскихТЭЦ. Сборник трудов ОмГТУ, 26. 10 2010. Омск, Россия.
  5. Гилязидинова Н.В., Санталова Т.Н., Рудковская Н.Ю. Получение легких заполнителей для бетонов на основе золы-унос ТЭС / Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2010, № 2. С.123-127.
  6. Ларичкин В.В., Гусев К.П., Кравчук И.О.
    Тяжелые бетоны с применением отходов угольных теплоэлектростанций г. Новосибирска. Новосибирский Государственный Технический Университет. Газета: № 04 (144) февраль 2010 года: Энергетика: тенденции и перспективы: Использование золошлаков – экологичность энергопроизводства.
    7. Нетеса Н. И., Паланчук Д. В, Нетеса А. Н. Легкие бетоны с золой уноса ПриДнепровской ТЭС. Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта . Выпуск № 5 (47) / 2013. С. 137-142.
  7. Технология бетона и изделий из него. Подбор состава тяжелого бетона

[Электронный ресурс]. URL: http://technology-jbi.ru/podbor_sostava_betona/