Строительные статьи

Экологические, материаловедческие и технологические аспекты применения зол ТЭС в бетоне

Золы и золошаковые отходы, объем которых в золоотвалах посто­янно увеличивается, лвляются цен­ным сырьевым компонентом хля производства строительных раство­ров. бетона и железобетона, так как их применение при определенных условиях обеспечивает значимое повышение качества многокомпо­нентной матрицы и улучшение строительно-технических свойств (СТС) готовой продукции |1].

Однако нестабильность зол ТЭС по свойствам — дисперсности, хими­ческому и минеральному составам, содержанию оксидов щелочных ме­таллов и несгоревшего топлива, пуц­цолан ичес кой активности и другим факторам сдерживает их применение в производстве бетона, поскольку приводит к значительным колебани­ям его свойств. Не способствует при­менению зол ТЭС и отсутствие кон­кретных рекомендаций по оптималь­ному их содержанию в бетонах и рас­творах. особенно высоких классов.

Так. методики подбора состава бетона с зол oil ТЭС рекомендуют обычно се использование в боль­шем (в 2—2.5 раза) количестве, чем необходимо хля замещения цемен­та |2j. Такое применение золы це­лесообразно хля бетонов низких и средних классов, в которых сум­марное содержание тонкодиспер­сно и фракции (цемента и золы) меньше 400 кг/м5, то есть в грани­цах действия закона постоянства водопотребности бетонной смеси. При таком содержании тонкодис - персной фракции в полной мере появляется присущий большинству зол ТЭС пластифицирующий эф­фект. а экономия цемента состав­ляет 50-70 кг/м3. Однако содер­жание цемента в бетоне по услови­ям долговечности должно быть не менее 150 кг/м3. а для армирован­ного - ISO кг/м3. с суммарным рас­ходом цементно-зольного вяжуще­го соответственно не менее 200 и 220 кг/м3. Поэтому в бетонах и растворах низких классов тех ни - ко-экономический эффект по эко­номии цемента не может быть ис­пользован в полном объеме.

Очевидно, что максимальное со­держание цемента в бетоне, при котором целесообразно использо­вать золу ТЭС с сохранением се пластифицирующего действия, со­ставит 300-320 кг/м3. При этом суммарный расход цемента и золы ТЭС. определяемый по действую­щим методикам с учетом экономии первого компонента в количестве 50—70 кг/м5. будет находиться на уровне 400 кг/м3. При большем их суммарном расходе содержание во­ды в бетонной смеси хля сохране­ния ее удобоукладываемости увели­чивается. и технический эффект от использования золы значительно снижается или полностью отсут­ствует. Таким образом, применение зол ТЭС в бетонах с повышенным расходом цемента, в том числе в кассетном производстве, где их ис­пользование особенно целесообраз­но ввиду повышения качества бе­тонной смеси и уменьшения се рас- слаиваемости. по технико-эконо - мпческнм показателям не является эффективным.

Кроме того, эффективность ис­пользования зол ТЭС в бетоне в ко­личестве большем, чем замешено цемента, снижается при повышен­ном содержании в их составе несго­ревшего топлива. Это связано с тем, что повышенное содержание угле­рода в золе задерживает гидратацию минералов клинкера, а также может снизить морозостойкость и эффек­тивность применения некоторых воздухововлекаюших добавок, из­менить цвет бетона. Углерод в золе преимущественно присутствует в частицах размером более 45 мкм. Поэтому качество золы значимо за­висит от степени измельчения угля и условий работы котла. Тонкое из­мельчен 11 е угля. вы с о кая те м п ерату - ра пламени и длительное вылежива­ние обеспечивают высокое качество золы. При этом тонкодисперсная зола является более эффективной ввиду ее повышенной пуццолани- ческой активности.

Таким образом, анализ пробле­мы применения зол ТЭС показыва­ет. что действующие практика и нормативно-техническая докумен­тация не обеспечивают стабильные свойства бетонов при их использо­вании. В основном по этой причине золы ТЭС практически не применя­ются в строй индустрии.

Очевидно, что требуется новая концепция технологии применения зол, базирующаяся на получении стабильно высокого качества всех классов и видов бетонов, в составе которых используется дола ТЭС. Ис­следованиями установлено, что та­кие показатели бетонов достигаются при оптимальной дисперсности зол ТЭС. превышающей дисперсность цемента на 150—170 м2/кг. а возмож­ный теоретический интервал их ис­пользования хля экономии цемента составляет 20.6—32.4*е |3].

Количество замешенного цемента значимо зависит от пуццоланической активности золы. В частности, при использовании малоактивных зол ТЭС количество замешенного цемен­та уменьшается, а их содержание уве­личивается. обеспечивая создание од­нородной матрицы многокомпонент­ного цемента по дисперсному составу и соответственно стабильное качество бетона. Установлено, что золы ТЭС с оптимальными параметрами (дис­персность, содержание) повышают коррозионную стойкость и морозо­стойкость бетона. уменьшают водоот - деление и расслаиваемостъ бетонной смеси, качественно улучшают по­верхность изделий (практически от­сутствуют крупные раковины), фор­муемых в кассетных формах, а также снижают энергоемкость и себестои­мость готовой продукции. При комп­лексном использовании зол ТЭС и химических модификаторов пред­
отвращается или значимо сокращает­ся высолообразование на поверхнос­ти изделий с отделочной плиткой, а также на поверхности кирпичной кладки при введении означенного комплексного модификатора в состав строительных растворов.

Эффективным направлением использования зол ТЭС с опти­мальной дисперсностью являются ячеистые бетоны автоклавного твердения. Применение зол ТЭС обеспечивает их высокие и ста­бильные строительно-технические свойства за счет получения плотно­го и прочного известково-цемент - но-зольного камня, а также более высокой пуццоланической актив­ности золы относительно кварцево­го песка. При этом целесообразно осуществлять более тонкое измель­чение известково-зольнои состав­ляющей ячеистого бетона.

Использование зол ТЭС взамен песка в производстве ячеистого бе­тона будет способствовать значимо­му улучшению экологического со­стояния окружающей среды. Это связано с тем, что применение песка в ячеистом бетоне наносит двойной экологический ушерб окружающей среде — зола ТЭС занимает значи­тельные (от сотек до десятков тыс. га) плошади под золоотвалы. а изъя­тие песка из земли нарушает естест­венный земной покров и ухудшает экологическую обстановку.

Таким образом, хля использова­ния в бетоне требуются тон ко дис­персные золы с удельной поверхно­стью не менее 400 м2/кг и низким содержанием нес горевшего топли­ва. Поэтому необходимо организо­вывать специальный сухой отбор тонкодисперсных зол с электро­фильтров, а при их гидроудалении использовать с полей, на которых дисперсность золы соответствует оптимальному значению. При этом для зол гидроудаления потребуется разработка складов, вероятно, на заводах Ж6И, с обогреваемыми по­дами с целью подсушки до влажно­сти 12—J 5%, при которой может осуществляться их технологическое тран с п орт и рова н ие.

Грубодисперсные золы с высо­ким содержанием нес горевшего топлива примененяют в производ­стве керамического кирпича, це­мента, а также в качестве подсыпки при строительстве дорог и в асфаль­тобетоне.

Очевидно, что необходимость ис­пользования зол ТЭС в бетоне с оп­тимальными параметрами потребует переработки действующей норма­тивно-технический документации (ГОСТы, рекомендации, руковод­ства по применению зол ТЭС).

Внедрению зол ТЭС на пред­приятиях по производству товарно­го бетона и сборного железобетона могут способствовать также орган и- зашюнно-технико-экономические мероприятия со стороны террито­риальных администраций и Минис­терства энергетики РФ в виде льгот­ного налогообложения и снижения тарифов на электроэнергию.

Кроме того, объемы использова­ния зол ТЭС могут быть увеличены за счет того, что разрабатываемые Новые виды строительных материа­лов и технологии их производства по заказам территориальных строи­тельных администраций и других ведомств и организаций из бюджет­ных средств должны в своем боль­шинстве предусматривать их при­менение. Практика показывает, что в составе большинства видов строи­тельных материалов может исполь­зоваться зола ТЭС в качестве крем­неземистого компонента.

Так. например, исследованиями 14] показано, что золу ТЭС эффек­тивно использовать в шлакосили - катныч системах, в частности, в неавтоклавном пенобетоне плотнос­тью 200—550 кг/м3. Введение золы ТЭС в пенобетон в количестве 20—30% повышает его прочность на 30—40%. а также обеспечивает воз­можность его применения в виде теплоизоляционного, жаростойкого и огнезащитного материала с темпе­ратурой применения до 1200"С и класса пожарной опасности К 0(45).

Предварительные исследования, выполненные ВНИИПО МВД РФ (г! Балашиха), показали, что огнезащит­ный шлакосиликатный пенобетон не имеет аналогов в мировой практике и может применяться как п заливочном варианте (электрокабельные и теле­фонные сети, металлические конст­рукции, трубопроводы), так и в виде плит, скорлуп, сегментов и др. В част­ности, пожара на Останкинской те­лебашне можно было бы избежать при заключении электрокабелей в обойму из заливочного шлакосили - катного пенобетона. Себестоимость жаростойкого и отезашитного ячеи­стого шлакосиликатного пенобетона ниже себестоимости традиционных материалов в 2-3 раза. Строительно - технические свойства ячеистого шла - кошелочного бетона для стеновых блоков и жаростойких изделий при­ведены в таблице.

Перспективным направлением использования зол ТЭС является вы­сокопрочный шлакосиликатный су­перклей прочностью до 90—120 МПа и маркой по морозостойкости FS00—F1000. который позволяет Приклеивать плитку при оглелке фа - Садов, а также полов, морозильных камер, бассейнов и др. Суперклен выпускается в виде сухих смесей и специального затворителя. Срок экс - пл уата ци и пл 11точ н ых п о кры ти й, приклеенных с помощью высоко­прочного суперклея. в 3—5 раз и бо­лее превышает срок эксплуатации аналогичных покрытий, выполнен­ных с использованием портландце- мснтных и других клеевых компози­ций. Применение суперклея с золой ТЭС плотностью 600—800 кг/м-1 мо­жет быть эффективным для склеива­ния стеновых блоков, в том числе из ячеистого бетона. » жилищном и промышленном строительстве. Ми­нимальная температура применения такого клея составляет - 15°С.

Эффе кт и в н ы м на п ра в л е н и е м. как показали совместные с «Ир - маст-Холдинг» испытания, являет­ся использование зол ТЭС в шлако - силикатных бетонах, применяемых для ремонта аэродромов, дорог, мостов, а также для устройства шелоче - и кислотостойких полов в животноводческих комплексах, цехах химических, металлургиче­ских и других производств, работа­ющих с агрессивными средами. Устройство полов может осуществ­ляться путем их заливки или из плиток, приготовленных из шлако­силикатного бетона.

Кроме того, означенный вид бе­тона позволяет производить шелоче - и кислотостойкий бортовой камень, тротуарные и дорожные плиты прочностью 900-1200 МПа и маркой по морозостойкости F600—F1000, то есть со строительно-техническими свойствами на уровне свойств анало­гичных изделий из гранита.

Таким образом, применение зол ТЭС в строительных материалах яв­ляется важной экологической и на­учи о-технической проблемой, тре­бующей своего развития, хля реше­ния которой, очевидно, необходимо создать специализированный госу­дарственный унитарный научно - технический центр с опытно-про­мышленной базой и территориаль­ными филиалами, направленный на решение следующих задач:

• анализ и обобщение мирового и отечественного опыта примене­ния зол ТЭС и трансформация его применительно к строй инду­стрии и производству строитель­ных материалов в России:

• разработка новой и совершенст­вование действующей концеп­ций и нормативно-технической документации по применению зол ТЭС на строительных произ­водствах:

• разработка и создание оборудо­вания по переработке зол ТЭС в кондиционные материалы для строй индустрии и предприятий строительных материалов;

• опытно-промышленная отработ­ка новых технологий применения зол ТЭС и их внедрение на заводах стройиндустрии. предприятиях по производству строительных мате­риалов и строительных объектах;

• координация работ НИИ, вузов и других организаций по про­блеме использования зол ТЭС в стройиндустрии и в производ­стве строительных материалов:

• создание правовой базы по льготным условиям хля пред­приятий стройиндустрии, ис­пользующих золу ТЭС;

• подготовка и переподготовка инженерно-технических кадров предприятий стройиндустрии по проблеме эффективного исполь­зования зол ТЭС в бетоне и желе­зобетоне. Подготовка информа­ционных материалов по передо­вому опыту применения зол ТЭС в стройиндустрии и в производ­стве строительных материалов.

Список литературы

1. Кокубу М., Ямада Д■ Цементы с добавкой золы-уноса. В сб. тру­дов VI Международного кон­гресса по химии цементов. М., 1974. т. 4. С. 73-98.

2. Рекомендация по применению в бетонах золы, шлака и золошла - ковых смесей тепловых электро­станций. НИИЖБ. М.: Стройиз­дат. 1986. 80 с.

3. Величко Е. Г., Белякова Ж. С. Не­которые аспекты физнкохимии и механики композитов много­компонентных цементных сис­тем Ц Строит, материалы. 1997, №2. С. 21-25.4.

4. Величко Е. Г., Белякова Ж. С., Мелихов В. 11. Технология и свойства огнезащитных и тер­мостойких изделий из особо легкого ячеистого бетона // Тезисы докладов 6-й конферен­ции межрегиональной ассоциа­ции «'Железобетон». М. 1999. С. 52-54.