close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4351 ivanov i.a legkie betoni s primeneniem zol elektrostanciy

код для вставкиСкачать
ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ЗОЛ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Ш ЙЙИ
И. А. Иванов
ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ
С ПРИАЛЕНЕНИЕМ ЗОЛ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
2-е издание, переработанное и дополненное
I
Москва
Сгроййздат
1986
]
ББК 38.33
И 20
УДК 691.327.32:662.613.11
Печатается по решению секции литературы по строительным мателам редакционного совета Сгройиздата.
Спивак
*
396639
Иванов
И 20 Легкие бетоны с применением зол электростанций
2-е изд.. перераб. и доп. —М.: Стройиздат, 1986. — 136 с.: ил
Освещены достижения в строительстве, связанные с применением
легких бетонов и использованием для их изготовления зол различ­
ных видов твердого топлива. Даны сведения о специфических свой­
ствах зол, в частности, сущности органической фазы, микропористостости и истинной поверхности зол, о способах оценки и путях улуч­
шения их гранулометрического состава. Приведены характеристики
новых видов легких бетонов, в том числе на глинозольном керам­
зите, а также области их применения. Изд. 1-е вышло в 1972 г. под
назв.: ”Легкие бетоны на основе зол электростанций’*.9
Для инженерно-технических работников строительных организа­
ций.
..
--7
3203000000- 241
И --------------------------118-86
047 (01) - 8 6 *.
I
5» И в Л И О Т Е Н А
Гф е я о д а р с ^ о р о
|
ББК 38.33
6СЗ
<
йшзт?шьк8Гз«аствтт
© Стройиздат, 1986
Золы тепловых электростанций —дешевый и практически неисчерпаемый
источник сырья, иэ которого можно изготовлять различные строительные
материалы и изделия. Особенно широкие возможности имеются для утили­
зации зол в легких бетонах как в виде мелкого заполнителя и добавки к
цементам, так и в виде сырьевого источника для изготовления крупного
пористого заполнителя. Широко применяются золы в ячеистых бетонах.
Выход золы и шлака на 1 млн. кВт мощности тепловой электростанции
составляет в год около 500 тыс. т. Ежегодно в Советском Союзе образу­
ется свыше 1 млрд. м пород вскрыши угольных месторождений, около
80 млн. т отходов углеобогащения и 85 млн. т золы и шлаков тепловых
электростанций.
Приведенные цифры показывают, насколько велики должны быть
масштабы работ, обеспечивающих утилизацию побочных продуктов угле­
добычи и углеэнергетики. В Основных направлениях экономического и со­
циального развития СССР на 1986 - 1990 годы и на период .до 2000 года ука­
зано на необходимость полнее использовать материалы попутной добычи,
вторичное сырье, шлаки и другие отходы для производства строительных
материалов.
При выполнении этого указания следует учитывать, что наиболее ре­
зультативен тот путь, который не требует сложной технологической пере­
работки зол для последующего использования их в строительстве. При
этом необходимо исходить из возможной замены золой более дорогих
и более дефицитных источников минерального сырья с учетом имеющихся
топливно-энергетических ресурсов, а также важности охраны окружающей
среды.
Использование пылевидных зол в легких бетонах не только целесооб­
разно технически, но и выгодно экономически.
Тепловые электростанции расположены во всех крупных промышлен­
ных центрах и населенных пунктах. Выход зол с развитием энергетики
возрастает. В результате образуются новые источники сырья. Отпадает
необходимость в их перевозке на большие расстояния, открываются воз­
можности создания крупных комбинатов строительных материалов и из­
делий вблизи источников электроэнергии, пара и горячей воды.
Зола имеет определенный энергетический потенциал в виде несгорев­
ших ококсованных частиц. В пересчете на условное топливо он может
достигать 2100 тыс. кДж на 1 т золы, что равноценно наличию 100 кг ка­
менного угля.
Размер частиц золы колеблется от 5 до 100 мкм. По зерновому составу
зола близка к портландцементу. Для использования в строительстве золу
не требуется измельчать. Энергетическая промышленность дает ее в готовом
виде для производства ячеистых бетонов, автоклавных изделий и в ка­
честве добавок к различного вида цементам.
Положительные особенности золы не всегда удается полностью исполь­
зовать Объясняется это прежде всего большой изменчивостью некоторых
ее показателей, например гранулометрического состава, количества ококсованных частиц. Они колеблются в широких пределах не только на раз­
ных электростанциях, но даже на одной ТЭС в зависимости от времени
года и места отбора.
'
^
В книге освещены достижения в строительстве, связанные с примене­
нием легких бетонов и использованием для них зол различных видов твер­
дого топлива; обобщены результаты опытов по утилизации зол, получен­
ные автором в течение более чем 20-летнего периода, а также зарубежный
опыт; приведены недостаточно известные данные о специфических свой­
ствах зол. Даны характеристики новых видов легких бетонов, в том числе
на глинозольном керамзите, а также области их применения, например
в крупногабаритных конструкциях.
Автор выражает благодарность канд. техн. наук Н.Я. Спиваку за тща­
тельный просмотр рукописи и сделанные ценные замечания.
Г л а в а 1. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОЛ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Существуют три основных направления утилизации зол в строи­
тельстве: использование вяжущих свойств золы; применение зол
в ячеистых бетонах; развитие производства пористых заполните­
лей и легких бетонов различного назначения.
В области использования вяжущих свойств золы проведены
исследования советскими учеными П.П. Будниковым, П.И. Б о­
женовым, Ю.М. Буттом, Ю.С Буровым, А.В. Воложенским, Е.А. Га­
либиной, В.Х. Кикасом, Н.А. Поповым и др.
Первую классификацию топливных шлаков и зол исходя из вида исход­
ного угля предложил в СССР Н.А. Попов, В.В. Суровцев в тридцатых годах
исследовал золы подмосковных углей и доказал возможность их исполь­
зования для изготовления изольцемента. С.М. Розенблит в 1931—1932 гг.
впервые провел исследования зол от пылевидного сжигания горючих слан­
цев (савельевского, катпирского и д р .). Им была доказана гидравличес­
кая активность тонкомолотой золы без каких-либо добавок, а также воз­
можность получения смешанных цементов: известково-зольного, золопортландцемента и золошлакопортландцемента.
В 1934 г. на Ленинградской ТЭС-1 У были организованы работы по комп­
лексному использованию гдовских сланцев как топлива для котельных
установок с одновременным получением сланцевого цемента. Работы про­
водились под руководством проф. В.А. Кинда. Было установлено, что хи­
мический состав золы, а следовательно, и свойства зависят от места ее от­
бора. Количество А120 з увеличивается, а сумма плавней Ре2О3 СаО умень­
шается от зоны провала к зоне пароперегревателя и далее к зоне циклона.
В годы Великой Отечественной войны зольные вяжущие применяли в ряде
пунктов Урала и Сибири. Этот производственный опыт обобщен С.А. Миро­
новым.
Г.Н. Сиверцев дал классификацию топливных шлаков и зол. Он выска­
зал мнение, что свойства пылеугольных зол обусловливаются в основном
режимом -сжигания топлива, а также соотношением между стекловидной
и кристаллической фазами. Сейчас это положение можно считать общеприня­
тым: чем больше относительное содержание стекловидной фазы, тем выше
активность золы.
Обширные исследования вяжущих свойств золы прибалтийских горю­
чих сланцев проведены Е.А. Галибиной, В.Х. Кикасом, Х.Я. Мяндметсом
[11], [12], [21] и их учениками.
Разнообразные исследования зол электростанций с целью активизации
их вяжущих свойств выполнены крупными советскими учеными П.П. Буд­
никовым, Ю.М. Буттом, А.В. Волженским. Наиболее значительные из них
осуществлены в МИСИ им. В.В. Куйбышева.
В области применения зол в ячеистых бетонах, где в наибольшей степени
используются их гидравлическая активность и повышенная дисперсность,
\
\
известны работы А.Т. Баранова, П.И. Боженова, Г.А. Бужевича, А.В. Волженского, К.Э. Горяйнова, Е.А. Галибиной, К.В. Гладких, А.Н. Крашенин­
никова, Ф.Н. Кивисельг, Л.М. Розенфельда, Н.Г. Чукреева, Н.И. Федыиина
и др. [9], 131, [20], [37].
В Новосибирске автором были исследованы золы и шлаки для получе­
ния безавтоклавного пенобетона. Исследования золобетонов выполнены
Л.М. Розенфельдом. Они бьши использованы при изготовлении крупных
блоков из золопенобетона. Свойства автоклавного термоизоляционного пе­
нобетона изучал А.Н. Крашенников [24].
Данные исследований, полученные К.Э. Горяйновым, были использова­
ны ленинградскими строителями при освоении производства крупных
автоклавных газозолобетонных блоков.
Большой интерес представляют результаты экспериментов в области
применения зол, полученные А.Т. Барановым и Г.А. Бужевичем [4] *
Производство изделий крупного размера (6,5x1,5x0,2 м) из пропарен­
ного золобетона было впервые организовано в Донбассе на Кураховском
заводе строительных деталей в 1953 г. В процессе эксплуатации подобных
конструкций обнаружились существенные недостатки*
В дальнейшем они изготовлялись автоклавным способом. Их производ­
ство успешно освоено на Урале, а с 1960 г. — на Ступинском заводе под
Москвой.
Опыты, проведенные автором еще в 1953 г. на молотых топливных
шлаках Новосибирской ТЭЦ-3, показали реальные возможности изготовле­
ния пенобетона без автоклавной обработки, а лишь в результате твердения
в обычных пропарочных камерах. Таким без автоклавным ячеистым бето­
нам присущи существенные недостатки —повышенная усадка, плохая трещиностойкость.
Ряд специалистов [4], [13] работали над ликвидацией этих недостатков,
но полного успеха достигнуть пока не удалось. Отметим, в частности, работы,
которые бьши направлены на оптимизацию гранулометрии сырьевых сме­
сей для ячеистых бетонов. По результатам этих исследований с 1963 г. прово­
дилось изготовление стеновых без автоклавных газобетонных панелей для
5-этажного жилого дома в Новокузнецке. За 20 лет его эксплуатации какихлибо существенных дефектов не обнаружено.
Многие ведущие специалисты работали в области развития производства
пористых заполнителей и легких бетонов различного назначения. Предло­
жение о спекании зол методом агломерации было высказано А.М. Щепетовым в 1948 г. Технологические изыскания в этом направлении проводи­
лись под руководством проф. Н.А. Попова и далее развивались М.П. Элинзоном, М.В. Балахниным, С.Г. Васильковым, И.А. Ивановым, А.С. Пани­
ным, Л.Н. Поповым, Г.А. Щербиной и др. В результате определились три тех­
нологические схемы изготовления пористого заполнителя.
Первая разработана А.С. Паниным [38] и рассчитана на получение золь­
ного гравия во вращающихся печах. Она не вышла из стадии опытного про­
изводства и поэтому не может быть рекомендована для широкого примене­
ния в практике.
Вторая исходит из процесса агломерации на ленточных спекательных
машинах. Существовало мнение, что для этой цели наиболее подходят золы
сухого удаления. Создание и работа нового предприятия — Днестровского
завода аглопоритового гравия показали, что может использоваться не толь­
ко сухая зола, но и зольная суспензия, отбираемая из золопроводов ТЭС. Это
намного расширило возможности второго направления, поскольку боль­
шинство тепловых электростанций рассчитано на гидроудаление золы.
При использовании зольной суспензии повышается однородность исход­
ного сырья, упрощается его транспортировка. В то же время возникают
дополнительные технологические операции. К ним относится первичная
обработка пульпы, для чего она направляется в радиальные сгустители, куда
подается до 10% глины от массы сухой золы. Далее глинозольная суспен­
зия направляется на обезвоживание в дисковые вакуум-фильтры.
Целесообразность присадки к золе глины была показана рядом ученых
и, в частности, И.А. Ивановым и М.В. Балахниным в 1962-1963 гг. на
Черепановском кирпичном заводе Новосибирской области.
*
Оптимальные режимы спекания на агломерационной машине установле­
ны на основании исследований, выполненных под руководством С.Г. Ва­
силькова и М. П. Элинзона [7], [57].
Третья схема приурочена к возможности спекания зол в шахтных пе­
чах. Соответствующие промышленные установки были созданы в Англии,
• Польше, но достигнуть в них равномерного Спекания зол по площади ока­
залось весьма затруднительным.
За рубежом зола-унос используется довольно широко. Так, например, для
нужд строительства в Англии 1 применяется 45,2%, в США 12%, во Франции
48,5%, в ФРГ 64,5%, в ПНР 30,1%, в ЧССР 22% общего выхода золы.
В Советском Союзе процент использования золы в строительстве пока
ниже, чем за рубежом.
Наиболее масштабной утилизации зол можно достигнуть при
использовании ее как заполнителя. На основе золы можно изго­
товлять плотный мелкозернистый бетон, например, для крупных
блоков, ячеистые бетоны, обычный тяжелый бетон, в котором
песок частично заменяется золой, и легкие бетоны на пористых
заполнителях.
В указанных бетонах золы могут использоваться без предва­
рительной обработки и после термообработки.
Использование зол без предварительной обработки для произ­
водства ячеистых бетонов привлекает простотой технологии и
экономией, получаемой на измельчении материала. Однако этому
показателю нередко придается неоправданно большое значение.
Эффективность замены песка золой обусловлена, в первую оче­
редь, низкой стоимостью самого сырья, а не малыми затратами
на его измельчание.
Нередко дисперсность золы превосходит тот рациональный
предел, который рекомендован для ячеистых бетонов. Несмотря
на это, золу часто подвергают помолу, что обусловливается не­
удовлетворительной гранулометрией и наличием в ней оплавлен­
ных частиц.
Имеется немало примеров, показывающих; что в применении
зол без предварительной обработки можно достигнуть существен­
ных результатов.
По данным Н.Г. Чукреева, строительство из золоизвестковых блоков ве­
лось на Урале, золобетонных блоков — в Новосибирске, крупных блоков —
в Томске. К этому же времени относится крупноблочное строительство из
золобетонных блоков в Омске, где применяли комбинированный заполни­
тель (60% золы и 40% песка). Строительство из крупных золобетонных бло­
ков велось также в Риге.
Использованные в строительстве крупные блоки имели плотность 14001600 кг/м . Стремление облегчить массу ограждающих конструкций предоп­
ределило переход на изготовление крупных блоков из газозолобетона, а затем
стеновых панелей из ячеистого бетона. Начиная с 1958 г. применение газозоло­
бетона для крупнопанельного строительства стало по существу единственно
развивающимся направлением в утилизации зол. Несмотря на массовое про-
*
В Англии действует система утилизации зол в строительстве, известная
под шифром РРА (пылевидная зола-унос). В соответствии с этой системой
работает целый комплекс заводов, предприятий, строительных фирм, кото­
рые в той или иной форме занимаются использованием зол.
изводство таких панелей (Ступино под Москвой, Нарва), достигнуть значи­
тельного распространения этого опыта не удалось.
В данное время придается большое значение организации производства
пористого заполнителя путем спекания зол. Например, в Англии производ­
ство зольного гравия "Лайтаг” постоянно развивается. На его основе можно
получать конструктивные легкие бетоны марки до М 400. По данным англий­
ских специалистов, легкие конструктивные бетоны на зольном гравии, не­
смотря на меньшую массу по сравнению с массой обычного тяжелого бетона
(в среднем на 30%), обеспечивают практически одинаковую звукоизоляцию
и характеризуются достаточно высокой огнестойкостью.
Универсальность зольного сырья позволяет изготовлять из него
различного вида пористые заполнители. Для этой цели может быть
использовано подавляющее большинство зол. При содержании бо­
лее 7% Р в20з и менее 10% несгоревших частиц на спекание идут зо­
лы без корректировки их состава. При содержании более 10%
ококсованных частиц хорош о агломерируется глинозольная шихта.
Отработаны различные технологические схемы, позволяющие с уче­
том особенностей зольного сырья принимать наиболее оптималь­
ные решения. Заполнитель может быть получен как в ленточных
агломерационных машинах, так и во вращающихся печах.
При использовании зольного сырья следует стремиться к тому,
чтобы на электростанциях мощностью до 500 тыс. кВт весь выход
был использован полностью. Достигнуть такого результата возмож ­
но лишь при комплексной утилизации.
Комплексную утилизацию зольного сырья следует базировать
на максимальном использовании его специфических свойств:
микропористости, гидравлической активности, значительного энер­
гетического потенциала за счет несгоревших частиц, легкой спекаемости при температуре 1100—1200°С, В отличие от других ви­
дов сырья (глинистых или песчаных пород) универсальность золы
позволяет организовать производство различных материалов на
одном виде исходного сырья и, в первую очередь, пористых запол­
нителей и ячеистых бетонов.
Впервые идея комплексного использования золы в СССР была предло­
жена И. А. Ивановым в 1951 г.
В настоящее время при комплексном использовании золы для строи­
тельства жилых зданий по типовым проектам можно применять конструкции
к ак из ячеистых бетонов, так и из бетонов на пористых заполнителях. При
этом стеновые ограждающие конструкции могут быть выполнены из газозолобетона, а все несущие элементы —междуэтажные перекрытия, внутренние
стены и совмещенная кровля —из легкого бетона на зольных Заполнителях.
Выполненные ЦНИИЭП жилища проекты и проведенные технико-экономические расчеты могут быть в полной мере использованы для обоснования
эффективности комплексного применения зол. Опыт строительства из комп­
лекта керамзитобетонных конструкций жилых зданий от 5 до 16 этажей
подтверждает это.
,
Экспериментальное проектирование 16-этажного жилого дома серии 99
с комплексным применением керамзитобетона показало, что по сравнению
с расходом бетона на строительство 16-этажного дома серии 11.3/16 расход
бетсша может быть снижен на 13%, стали на 40%, цемента на 23%, стоимость
1 м общей площади — более чем на 15%. Полученная технико-экономичес­
кая эффективность достигается *за счет снижения массы дома (на 40%),
использования наружных стен в качестве несущих, дифференциации толщи­
ны внутренних стен и снижения марки бетона для них с М 300 до М 150.
С понижением этажности здания эти показатели ниже, но и для таких
домов применение легких бетонов эффективно.
Эффективность бетонов конструкционного назначения в основ­
ном зависит от соотношения стоимости крупного пористого и плот­
ного заполнителя в регионе.
Ведущими научно-исследовательскими институтами в области
строительства
(ТШИЖБ, НИИЭС, ЦНИИпромзданий, ЦНИИЭП
жилища, ЦНИИЭисельстрой и НИИСК) проведено обобщение
имеющегося опыта проектирования и строительства зданий раз­
личного назначения с применением легких и тяжелых бетонов
[5], [16], [48]. Замена тяжелого бетона легким экономически
эффективна, если соотношение стоимостей крупного пористого
и плотного заполнителей не превышает в одноэтажных и много­
этажных промышленных зданиях 1:1,5: крупнопанельных жилых
домах 1:2,5; в сельскохозяйственных зданиях 1:3.
Зольные заполнители дешевле обычных пористых, поэтому
легкие бетоны на их основе в полной мере отвечают этим крите­
риям.
Агломерация помимо своего прямого назначения — получения
пористого заполнителя — улучшает качество исходного сырья.
Посредством агломерации ликвидируются основные недостатки
зол: непостоянство их состава, изменчивость формы частиц, агре­
гирование компонентов и ококсованных частиц.
Не меньшее значение имеет получение различных материалов
и изделий с использованием зол независимо от конструктивной
схемы здания, а именно: различных зольных вяжущих, в том
числе гидротехнического цемента с добавкой ишака, применение
золы в качестве гидравлической добавки в бетонах и растворах,
производство силикатного кирпича, организация выпуска мине­
ральной ваты.
Комплексное использование зольного сырья обеспечивается
как крупными запасами, так и разнообразием их технологической
характеристики, вызванным применением различных видов камен­
ного угля и режимов его сжигания (табл. 1 ).
Т а б л и ц а 1. Характеристика запасов золошлакового сырья в некоторых
районах Советского Союза
Район
Применяемое топливо
(уголь)
Донбасс и
Донецкий, в основном
Приднепровье антрацит (штыб)
Урал
Челябинский бурый;
экибастузский камен­
ный; богословский
каменный
Западная Си- Кузбасский каменный;
бирь
черем ховски й камен­
ный; канско-ачинский
буры й
'
Запасы золошла­ Количество кок­
ковых отходов, совых остатков
в золе, %
млн. т
44
1 2 -3 2
35
1—6
31
1 ,5 -2 5
Г л а в а 2. СОСТАВ ЗОЛЫ ТЕПЛОЭЛЕКТЮСТАНЦИЙ
Характерной особенностью золы является ее неоднородность,
которая вызывается, во-первых, особенностями ее удаления на теп­
ловых электростанциях, во-вторых, условиями образования при
сжигании топлива. Таким образом, в золобетоне или обычном бе­
тоне, где зола применяется в качестве мелкого заполнителя, полу­
чаемый эффект в значительной степени зависит от того, в какой ме­
ре, сочетая неоднородное с неоднородным, удается достигнуть
улучшения композиции в целом. Если конструкция или изделие
из бетона не ухудшают свою структуру на макро- и микроуровне
для данных конкретных условий эксплуатации, значит, зола сыгра­
ла позитивную роль.
I г
1
Сделать соответствующий вывод возможно лишь исходя из ее
состава и условий удаления от тепловых агрегатов электростан­
ций. Важно при этом учитывать, что химический состав золы сам по
себе, т.е. вне совокупности с другими показателями, такими, как
вещественный, минералогический и гранулометрический состав,
микропористость, истинная удельная поверхность не может объ­
ективно характеризовать данный продукт. По ряду особеннос­
тей известному химическому составу могут соответствовать раз­
личный вещественный состав и такие свойства золы, как насыпная
плотность, гранулометрия, плавкость.
ОСОБЕННОСТИ ЗОЛЫ В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ИСХОДНОГО КАМЕННОГО ТОПЛИВА
Работами лаборатории топочных процессов Химико-металлургического института СО АН СССР показано значение петрографи­
ческого состава исходных каменных углей для полноты их сгора­
ния в пылевидном состоянии. По данным Г.П. Алаева, отмеченная
связь может быть объяснена тем, что горение угольной частицы
происходит как последовательная смена нескольких этапов. Хотя
эти этапы протекают очень быстро (в топках котлов современных
электростанций для них требуется всего несколько секунд), в их
последовательности следует различать два периода: первый — об­
разование коксовых и полукоксовых остатков, второй — реак­
ция коксовых остатков с кислородом.
Скорость выгорания коксовых остатков петрографических
мйкрокомпонентов угля различна (рис. 1 ).
По мере увеличения количества неокисленных микрокомпонен­
тов в исходном угле содержание горючих в уносе снижается в 1 ,5 —
2 раза. Эти данные получены при постоянных значениях паропроиз­
водительности котлоагрегата, тонкости помола топлива и скорости
аэросмеси на выходе из горелок. Таким образом, изменение содер­
жания горючих в золе-уносе может происходить и при стабильном
Рис. 1. Влияние петрографическо­
го состава топлива на содержание
горючих в золе-уноса одной из Но­
восибирских ТЭЦ
Л — паровая нагрузка котла;
#88 - тонкость помола угля (ос­
таток на сите);
— скорость
первичного воздуха; СрН— содер­
жание горючих в золе-уносе; Нк —
содержание первично неокислен­
ных (витренизированных) компо­
нентов в угле
16м/с
43 45 ПИ 51Я 55575961 и %
режиме работы котлоагрегата, если меняется вещественный состав
микрокомпонентов угля.
Отмеченная избирательность в процессе горения доказывается
также микроскопическим анализом горючих в золе-уносе. Послед­
ние состоят в основном из окисленных компонентов (фюзена), неокисленные составляют в среднем около 25% горючей массы.
Соотношение между окисленными и неокисленными компонен­
тами сохраняется постоянным, хотя количество несгоревших час­
тиц в золе-уносе возрастает. Этот избирательный процесс, приводя­
щий к увеличению количества устойчивых к окислению частиц, с
точки зрения возможности использования золы в строительных
материалах, бесспорно, положителен.
В топках различных конструкций поведение минеральной части
угля будет неодинаковым даже при сжигании одного и того же
топлива. Конечный результат обусловливается: максимальной тем­
пературой, зависящей от сорта топлива; длительностью выгорания
частиц в зависимости от их размера; температурой газов на выхо­
де из топки. Таким образом, вещественный состав золы будет за­
висеть кроме петрографического состава топлива от режима его
сжигания и теплотворной способности.
Отмеченными факторами объясняется наличие в составе золы
разнообразных частиц. Их форма, фазовый и химический состав
существенно меняются, хотя размер каждой из частиц весьма мал.
ФОРМА И ОДНОРОДНОСТЬ СТРОЕНИЯ ЧАСТИЦ
Частицы золы разнообразны не только по размеру, но и по фор­
ме (рис. 2). В золе много окрашенных частиц. Золы различных
электростанций отличаются и крупностью.
Основываясь на результатах исследований [10], [18], а также
данных петрографического изучения зол, проведенного Ю.М. Бут­
том, А.В. Волженским, Н.Л. Дилакторским, В.В. Лапиным,
Рис. 2. Частицы золы Красноярс­
кой ТЭЦ
*
Рис. 3. Шарообразные частицы
золы Кемеровской ГРЭС
Рис. 4. Агрегированные частицы
золы Юргинской ТЭЦ
Х.Я. Мяндметсом и др. [9],
[2 2 ] , следует различать части­
цы двух видов: однородные,
к которым относятся шаро­
образные, остроугольные и
нитеобразные, и агрегирован­
ные, состоящие из нескольких
зерен. Шарообразные частицы
встречаются в золах всех
электростанций. Цвет их изменяется от светлого (прозрачные)
до черного с металлическим блеском. Изменяется и однородность
строения. Наиболее однородны шарики, полностью состоящие
из стекла (рис. 3). Имеются также частицы, внутренняя часть ко­
торых не расплавилась и слагается из мельчайших минеральных
и коксовых зерен. Не исключается возможность вспучивания
стекла в момент образования шарика, в результате чего он полу­
чается полым. Преобладают шарообразные частицы размером
от 1 0 по '60 мкм.
В зарубежной практике для особо легких бетонов получают
по специальной технологии микрочастицы из боросиликатного
стекла [58]. Насыпная плотность их составляет 270 кг/м^, а
средний размер 60 мкм, т.е. примерно такой же, как и у сфери­
ческих частиц золы.
Стекловидные частицы остроугольной формы встречаются в
значительно меньшем количестве, чем шарообразные.
Исходя из представлений о неблагоприятном характере кон­
тактного спекания разнородных микрокомпонентов, особого
внимания заслуживают агрегированные частицы. Микрофотография
отобранных под бинокулярным микроскопом частиц золы Юр­
гинской ТЭЦ крупностью более 85 мкм показана на рис. 4.
Агрегированные частицы содержатся преимущественно в круп­
ных фракциях золы. На рис. 4 видны отдельные шарики стекла, по
I
масштабу которых можно судить, насколько велики и не однород­
ны агрегированные зерна золы. Более дисперсные золы однород­
нее и обеспечивают более высокую долговечность бетона. Одно­
временно с этим уменьшение крупности золы может привести и к
негативным результатам. Если гранулометрический состав ее не
контролируется и не корректируется более крупными фракциями,
например песка, долговечность бетона, несмотря на меньшее количество агрегированных частиц, может уменьшаться.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОРГАНИЧЕСКИХ ОСТАТКОВ
Многочисленные исследования, проведенные как в Советско^
Союзе, так и за рубежом, показали, что остатки несгоревшего топ
лив а ухудшают качество золы. Нормами и техническими условия
ми установлен их допустимый предел. СН 277-80разрешают приме
нять золы бурых углей, если ГОШ не превышает 3%, а золы камен
ных углей —5%.
ГОСТ 25592—83 "Смесь золошлаковая тепловых электростан
ций для бетона. Технические условия” установлены дифференци
рованные нормы содержания углистых остатков в зависимости о]
вида исходного топлива (табл. 2 ).
Т а б л и ц а 2. Предельная величина потери массы
при прокаливании (ППП) золошлаковой смеси,
применяемой в легких бетонах
ППП смеси. % по массе, не более
Бетонные конструк­
ции
Армированные
Неармированные
антрацитовой
каменно­
угольной
буроуголь­
ной
15
20
.7
10
5
5
Инструкцией по изготовлению крупноразмерных деталей и кон­
струкций из тяжелых бетонов автоклавного твердения установлена
допустимая норма потерь при прокаливании для золы от сжига­
ния торфа не более 5% и от сжигания каменных углей не более 10%.
В Чехословакии [67] допустимая величина потери при прокали­
вании установлена в зависимости от наличия в золах частиц круп­
нее 0,09 мм. Чем таких частиц меньше, тем ППП больше, например:
Остаток на сите, %
ППП не более, %
0 -3
4
6
8
При сопоставлении зол Барабинской ГРЭС и Омской ТЭЦ были
оведены технический и петрографический анализы, результаты
торых даны в табл. 3.
Т а б л и ц а 3. Характеристика органических остатков
по степени выгорания углистого вещества
Зола
ППП, %
Количество частиц с уг­
листым веществом, %
Суммарное
количество
частил с кок-
Барабинской ГРЭС
Омской ТЭЦ
14,56
5,29
до 80
до 40
5,2
11,2
1,8
15,8
совыми ос­
татками, %
16,4
17,6
Таким образом, количество коксовых и агрегированных частиц,
в которые входят органические остатки, у зол рассматриваемых
электростанций примерно одинаково, хотя потери при прокали­
вании в золе Омской ТЭЦ в три раза меньше, чем в золе Барабинс­
кой ГРЭС. Объясняется это петрографическим составом исходного
угля и режимом его сжигания.
В топливе Омской ТЭЦ преобладали витренизированные микро­
компоненты с высокой степенью выгорания, частиц с углистым
веществом до 80% содержится только 1,8%. В то же время топоч­
ный процесс на электростанции, видимо, был несовершенен. Это
обусловило наличие большого количества частиц (15,8), содержа­
щих коксовые остатки.
Долгое время показатель ППП отождествляется с количеством
органической фазы, а последняя представлялась как несгорев­
шие частицы исходного каменного угля. В то же время еще в
1961 г. Н.А. Поповым и И.А. Ивановым было показано, что угля
как такового в золе нет [44] *. В результате метаморфизма при
высоких температурах не полностью сгоревшие частицы топлива
превращаются в коксовые или полукоксовые остатки. Их стой­
кость против окисления и долговечность при воздействии влаги
достаточно высоки [44]. Подход к оценке допустимого количе­
ства несгоревших остатков изменялся по мере накопления сведе­
ний об их истинной природе и вредности.
При изучении углистого вещества И.В. Ереминым был использо­
ван метод ДТА (дифференциального термического анализа) для
характеристики степени окисленности углей. Этот метод был
применен также рядом других специалистов при исследовании
каменноугольного топлива.
В исследованиях [44] метод ДТА использовался для характе­
ристики взаимосвязанных продуктов: каменный уголь — несго- .,
ревшие остатки —зола нескольких электростанций (рис. 5).
Исходный каменный уголь отбирали на ТЭЦ после размола
в шаровой мельнице. Одновременно с этим брали пробу золы из
циклона. Термографический анализ проводили для угля в есте­
ственном состоянии после удаления гигроскопической влаги и
после прокаливания. Кривые ДТА снимали также для коксовых
остатков, извлеченных из золы методом флотации (табл. 4, рис. 5). |
Рис. 5. Термограммы каменного угля, коксовых частиц и золы
а — зола Новосибирской ТЭЦ-3; б - зола Ленинградской ТЭЦ; 1 — исход­
ный каменный уголь; 2 - уголь после сушки до постоянной массы; 3 —
уголь, прокаленный 7 мин при 670°С; 4 — уголь, прокаленный до постоян­
ной массы при 670°С; 5 — коксовые остатки, извлеченные флотацией;
6 —зола
На термограммах рис. 5 виден эндотермический эффект уда­
ления гигроскопической влаги при температуре 150—180°С. Выше
180°С начинается интенсивный подъем кривой. Вершина этого
пика находится в пределах 306—370°С и характеризует интенсив­
ное разложение высокотемпературного комплекса. Второй эндо­
термический эффект находится в пределах 570—670°С, после чего
снова начинается подъем кривой. К этому моменту большая часть
летучих веществ уже выделилась. Эндотермический эффект при
570—580°С, особенно ясно зафиксированный для воркутинского
угля (Ленинградская ТЭЦ), можно объяснить удалением консти­
туционной воды из глинистого вещества. Незначительный эндо­
термический эффект при 830-850°С характеризует разложение
карбонатов.
Если уголь прокалить при температуре 670° (см. рис. 5, кривые
4 ), у него остается только один экзотермический эффект при тем-
пературе 420—460°С. Этот же эффект повторяется на термограм­
мах для коксовых остатков, извлеченных флотацией из зол ТЭЦ,
Кривые 3 соответствуют разрушению высокотемпературного комп­
лекса и характеризуются выравниванием экзо- и эндотермических
эффектов, кривые 4 —более длительному прокаливанию и показы­
вают полное удаление летучих. Экзотермический эффект на кривых
4, 5, 6 последовательно сдвигается вправо, что объясняется увели­
чением скорости нагрева в топках по сравнению со скоростью на­
грева, установленной термическим анализом.
Рассматриваемая серия термограмм раскрывает природу экзо­
термического эффекта в интервале температур от 523 до 572°С и
показывает его причастность к образованию полукоксовых и кок­
совых остатков в золе.
Энергетические угли, применяемые в качестве топлива на
электростанциях, спекаются слабо, поэтому остатки топлива в золе
не могут иметь структуры, получаемой коксом в результате пиропластического процесса размягчения с последующим затвердевани­
ем при понижении температуры. В то же время угля как такового
в золах электростанций не содержится —он переходит в более стой­
кую против окисления модификацию —коксовый остаток.
Приведенные данные позволяют утверждать, что имеющаяся в
золах органическая фаза представлена коксовыми и полукоксовыми остатками различной степени метаморфизма. Практическое
значение установленного факта чрезвычайно велико, поскольку
коксовые остатки являются стабильными в процессе окисления
О’выветрив ания”) .
Т а б л и ц а 4. Гигроскопическая влажность
и количество летучих в исходном угле
и коксовых остатках, %
Электро­
станция
Гигроскопическая
влага
исход­
ного
угля
Летучие
коксо­ исход­
вых ос­ ного •
татк ов угля
коксо­
вых ос­
татков
угля, прокаленного
при 670°С
7 мин
Новосибир­
ская
ТЭЦ щ 3*
Ленинград­
ская
ТЭЦ - 7**
3,3
0,22
24,3
6,6
13,6
1,9
0,36
28,1
11,6
1Д
*Хголь Киселевско-Прокопьевского месторождения (Кузбасс).
** Уголь Воркутинского месторождения.
до по­
стоян­
ства
массы
—-
В исследованиях ряда специалистов ограничения в применении
зол в зависимости от величины ППП проводятся дифференцирован­
но исходя из вида сжигаемого угля. Для антрацитовой золы этот
предел поднят до 15%, а для неармированного бетона —до 2 0 %.
Поскольку энергетические угли спекаются слабо, минеральный
расплав^ контактируясь с ококсованными остатками, как бы уп­
рочняет их и предотвращает возможное разрушение при улавли­
вании и транспортировании золы. Однако контактный характер
такого спекания не настолько прочен, чтобы полностью предот­
вращать его нарушение в золобетонных изделиях и конструкци­
ях. Поэтому чем больше агрегированных, а следовательно, и орга­
нических частиц, тем ниже эксплуатационные показатели золобетонов, особенно при циклическом воздействии окружающей среды.
МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗОЛЫ
И ВОЗМОЖНОСТИ ЕГО КЛАССИФИКАЦИИ
К* В зависимости от условий образования углистого вещества ме­
няется и пустая порода. Чаще всего она представлена глинами и
минералами с включением дисперсных песчаных фракций. В то же
время может быть и другой вариант, когда пустой породой явля­
ются различные виды мергеля или мергелистой глины, в разной сте­
пени загипсованные. К первому варианту можно отнести большин­
ство зол каменных углей, ко второму —горючих сланцев. Однако
бурый уголь Канско-Ачинского бассейна, зола которого содержит
до 27,7% СаО и более, может рассматриваться как продукт обжига
мергелистой породы.
По мере повышения температуры глинистое вещество проходит
несколько стадий преобразования. Первой является обезвоживание
и образование мета-каолинита А^Оз*25102*, обычно последний не
сохраняется, поскольку температура частиц быстро повышается и
происходит его распад А120з*23Ю 2^ тАЬОз + 28Ю2. Далее воз­
можно образование алюмината кальция СаО + А1 2 О3 —СаО'А^Оз,
а также двухкальциевого силиката.
При высоком содержании окислов железа получается эвтекти­
ческая смесь с точкой плавления около 1000°С. Появляется жид­
кая фаза, которая способствует спеканию микрокомпонентов и
ускоряет реакции образования силикатов и алюминатов. Следо­
вательно, в зависимости от минералогического состава исходного
топлива и температуры его сгорания образуется то или иное коли­
чество жидкой фазы. Это и предопределяет различную структуру
и вид зольных частиц.
Исходя из представлений о фазовом состоянии- вещества со­
вокупность неорганических частиц золы следует рассматривать
как сочетание стекловидных и кристаллических компонентов. По­
давляющее число их (85—90% всех частиц) относится к стекловид­
ным компонентам. Стекло может быть разного состава, вероят­
нее всего геленито-мелилитового; многие частицы можно рассмат­
ривать как сплавы нескольких стекол. К кристаллической фазе
Рис. 6. Частицы кварца, образо­
вавшиеся в результате сублима­
ции
относятся зерна кварца, по­
левого шпата, а также обра­
зования, выделившиеся в
кристаллической форме из
расплава: иголочки мулли­
та, силикаты и алюминаты
кальция.
Представляет существен­
ный интерес возможность
образования
активного
кремнезема в аморфной форме. По данным Гумца^в топках котлоагрегатов происходит частичная сублимация 8 Ю 2 из минераль­
ной части топлива. Такой кремнезем весьма активен, поскольку он
представлен мельчайшими сферическими частицами диаметром
0 , 2 мкм.
<
I
;
Учитывая высокую температуру плавления кремнезема —
1625°С, вряд ли можно рассчитывать на существенные масштабы
этого явления. К тому же частицы столь малого размера обычно
в золах не улавливаются. В связи с этим представляет интерес
электронная микрофотография суспензии вяжущего (рис. 6 ):
20% извести и 80% золы Новосибирской ТЭЦ-3. При увеличении
в 12 500 раз видны характерные скопления частиц; из них боль­
шие, размером 2—3 мкм, представляют известь, а меньшие, раз­
мером около 0 , 2 мкм — аморфную форму кремнезема, что соот­
ветствует показаниям Гумца.
Классификация состава золы. Непостоянство состава зол
порождает значительные трудности при их классификации. Топлив­
ные шлаки и золы считаются одним попутным продуктом энерге­
тической промышленности, поскольку они одновременно об­
разуются в процессе сжигания твердого топлива. Однако, исходя
из химической и физико-химической активности, ряд специалис­
тов рассматривают их раздельно.
для практического применения важно знать вид исходного
топлива и место осаждения на электростанции используемых
зол.
При классификации золы необходимо принимать во внимание
химический, минералогический, гранулометрический составы, а
также морфологические признаки.
Некоторые классификации, например* по температуре плавле­
ния или вязкости расплава, исходят из применения зол лишь в
производстве обжиговых материалов (см. гл. 3). Выделяя в клас­
сификации определенные зоны или области, следует относить их
к совокупности зол не отдельных электростанций, а к тем или
иным угольным бассейнам.
Различают золы от сжигания горючих сланцев, торфа и каменных углей. Последние могут быть бурыми, каменноугольными и
антрацитовыми. ГОСТ 25592—83 ”Смесь золошлаковая тепловых
электростанций для бетона” регламентирует требования к золам
трех видов, в зависимости от сжигаемого угля, а именно: антраци­
та, каменного и бурого. В группу антрацитовых входят золы и от
полуантрацита, и от тощего каменного угля.
В зависимости от места осаждения почти все свойства золы пре­
терпевают существенные изменения. Различают золу провала и
уноса. Зола провала — это те частицы, которые преимущественно
имеют крупный размер и выпадают из турбулентных потоков
газов в бункер подтопочного пространства, где они смешиваются
со шлаком. Золы уноса обычно называют "летучими” . Из-за мало­
го размера и значительной скорости витания они выносятся из
зоны сгорания топлива и осаждаются в процессе очистки отходя­
щих газов.
На место осаждения частиц золы влияет также плотность. Этот
показатель изменяется в пределах 2,2—3. В связи с этим в золе
провала оказываются не только самые крупные, но и самые тяже­
лые частицы. Ниже приводится предлагаемая классификация зол
в зависимости от места осаждения и соответственно их отбора.
Место отбора определяется теми аппаратами, где происходит
осаждение золы, а также средствами ее дальнейшего транспорти­
рования.
Чем больше ступеней очистки проходят отходящие газы, тем
более высокую степень дисперсности имеют выпадающие из них
частицы золы, в связи с чем важность классификации по месту
осаждения исходит из данных по крупности золы и показателю
ее удельной поверхности.
В зависимости от величины последней есть основание считать,
что, чем мельче фракция золы, тем больше в ней шарообразных
частиц; меньше ППП, что указывает на малое количество ококсованных частиц; более активно проявляются пуццоланические
свойства; более высокую удобоукладываемость имеет бетонная
смесь.
В табл. 5 приводится классификация зол, предложенная
И.А. Ивановым в 1963 г. [40], составленная по данным петрогра­
фических анализов, исходя из генетического принципа образова­
ния частиц и физико-химических воззрений на состояние веще­
ства. Позднее подобную классификацию опубликовали Уотт и Торн
[72].
Поскольку размер частиц исходного каменного угля различен,
а в отдельных зонах топки большие перепады температуры ( 1 0 0 —
400°С) и не Ьдинакова скорость витания пылинок, условия преоб­
разования угольной частицы в зольную различны. Степень этого
преобразования зависит от полноты выгорания органического ве­
щества угля и количества минеральной части, перешедшей в рас­
плав. Выгорание и расплавление сопутствуют повышению степени
с
I
1
*
г
Т а б л и ц а 5. Классификация минералогического состава
каменноугольных зол электростанций
Органическая
фаза
Неорганическая фаза
Стекловидные компоненты 1кристаллические
1 компоненты
агрегированные неагрегированные [
частицы
частицы
Содержание микрокомпонентов, % по объему
1 -2 2
Коксовые остат­
ки -фюзенизированные, витренизированные
Полукоксовые
остатки —фюзенизированные,
витренизирован­
ные
|
2 5 -8 5
^
Неоднородные,
форма, непра­
вильная, состоят
из стекловидных,
кристаллических
и органических
частиц; форма
правильная, ша­
рообразная; со­
стоят из стекло­
видной оболочки
и ядра с включе­
нием микроком­
понентов
Однородные стекловидные,
состоят из остро­
угольных, нитеоб­
разных частиц
8 -5 7
Л
Стекло А —бес­
цветное прозрач­
ное, N = 1,525—
1,635, шарообраз­
ное, остроуголь­
ное; стекло В —
желтое, N=
4 , 6 3 5 . . . 1,700,
шарообразное;
стекло С —бурое,
красное, N —
= 1 ,7 0 0 ... 1,734,
шарообразное;
стекло Х>—черное
магнетитовое,
шарообразное
0 ,2 -2 0
Кварц, полевой
шпат, образования,
кристаллизующие­
ся из расплава:
ЗА1203 -25#0*;
2 СаО *$;02 ;
С а0'5;0г‘,
СаО- А1203
однородности зольного вещества, поэтому в классификации наш­
ли отражение несколько этапов преобразования частиц исходного
топлива. Выделение из расплава кристаллической фазы наблюда­
ется в весьма ограниченном масштабе. Последовательные этапы
преобразования исходной угольной частицы могут быть представ­
лены следующим образом: исходное угольное вещество; коксо­
вые частицы; разнородные частицы, сплавившиеся в агрегат;
частицы, оплавленные с поверхности, имеющие стекловидную
оболочку и ядро, состоящее из разнородных микрокомпонентов;
стекловидные частицы, полностью прошедшие стадию расплава;
стекловидные частицы с некоторым количеством вещества, пере­
шедшего в кристаллическую фазу.
Переход агрегированных частиц в стекловидные сопровождает­
ся повышением степени однородности. Агрегированные частицы
содержатся в основном в крупных фракциях золы.
В золе могут содержаться также зерна кварца и полевого шпата.
В зависимости от скорости охлаждения стекловидные частицы по­
лучают плотное или пористое строение. Между собой они различа­
ются цветом, показателем светопреломления и формой (см.
табл. 5). Предлагается различать четыре их вида: стекло А, В,
С и Э.
Стекло А — бесцветные частицы шарообразной, реже остро­
угольной формы с показателем светопреломления Ы, равным
1,525 . . . 1,635 (преобладает N — 1,628 . . . 1,634). В золах содер­
жится в количестве 3—50%. Предположительно его можно считать
мелилитом ( 2 Са0 'А 1 2 0 з ‘ 8 Ю 2 ) + (2Са04М§0\23Ю2) или геленитом ( 2 Са0 *А1 2 0 зв5 Ю 2 ) в стекловидной форме.
Стекло В — желтоватого цвета с показателем светопреломле­
ния 1М, равным 1,635 . . . 1,7 (преобладает N = 1,65 . . . 1,66) следу­
ет отнести к системе СаО — РеО - 8 Ю2 . Содержание стекла В воз­
растает с увеличением в золе количества СаО, РеоО? и составля­
ет 1-30%. , /
Стекло С — бурое и темно-бурое с показателем светопреломле­
ния Ы, равным 1,7 . . . 1,734, содержится в золе в небольших коли­
чествах.
Стекло и — черного цвета с металлическим блеском содержит
в основном магнетит в стекловидной форме. Характеризуется вы­
соким показателем светопреломления. Обладает магнитными
свойствами. Его количество составляет 0,5—8%.
Подобная классификация предложена М. Ко кубу [23].
Чем больше содержится стекловидных частиц, тем однород­
нее состав зол и выше их потенциальная возможность к гидрата­
ции. Наиболее эффективным путем увеличения стекловидной фазы
можно считать огненно^жидкое шлакоудаление на электростанци­
ях. При этом происходят усреднение зольных частиц и полный
переход их в шлаковое стекло. Перспективность использования
таких топливных шлаков показана в работах А.В. Волженского
и его учеников.
х
Важное значение имеет количество агрегированных частиц
(табл. 5). Вредное действие на морозостойкость и долговечность
золобетонов оказывают агрегаты, образовавшиеся в результате
контактного сплавления разнородных микрочастиц, если их ко­
личество превышает 25%. В этом случае агрегаты следует ликви­
дировать механической или термической обработкой земли.
ОДНОРОДНОСТЬ СОСТАВА И СВОЙСТВ з о л ы
в ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПОСОБА УЛАВЛИВАНИЯ
Применение зол электростанций в бетонах и железобетонных
конструкциях успешно лишь в том случае, когда обеспечивается
постоянство их состава и свойств. Следует выделить особо влаж­
ность, гранулометрический состав, предельную крупность, содер­
жание ококсованных частиц.
Исследования многих ученых [12], [21], [24] показали, что
летучие золы, улавливание которых происходит в циклонах и
электрофильтрах, состоят из частиц, сильно отличающихся по
крупности и плотности. Это указывает на то, что имеются различия
и в самой сущности частиц, т.е. в их фазовом и вещественном
составе. Так, повышение плотности обычно вызывается сосредото­
чением в этих частицах оксидов железа Ре2 0 з« Последние образу­
ют магнитную составляющую золы.
В то же время оксиды железа являются сильными плавнями для
минеральной части, поэтому их повышенное содержание приводит
к укрупнению частиц и они концентрируются преимущественно
в крупных фракциях золы. Другая особенность рассматриваемых
частиц заключается в том, что они обладают значительно меньшей
гидравлической активностью по сравнению с остальными, хотя
и более дисперсными частицами силикатного расплава. Именно от­
меченные обстоятельства объясняют, почему при сухом удалении
золы может наблюдаться естественная сепарация.
Еще большая сепарация имеет место при гидроудалении зол.
При выходе пульпы из золопровода частицы с разной массой под
действием гравитационных сил осаждаются на различных расстоя­
ниях от выходного отверстия золопровода. В результате по пло­
щади поля наблюдается большая неоднородность по грануломет­
рии и содержанию ококсованных частиц. Вблизи места выпуска
пульпы образуется шлаковая зона с преобладающим содержанием
частиц крупнее 0,25 мм, в отдалении — зольная зона с преоблада­
нием частиц менее 0,25 мм.
В результате перемещения места сброса пульпы по площади
золоотвала эти зоны хаотически перемежаются друг с другом,
что при последующей разработке отвала порождает большую
изменчивость потребляемого сырья.
Простейшим и достаточно эффективным методом усреднения
гидроотвальных зол считается их многократная перевалка. Если
она производится в результате погрузочно-разгрузочных работ
при транспортировании золы, то дополнительных расходов на эту
операцию не требуется. Из опыта изготовления газозолобетонных
панелей в Новокузнецке следует, что в результате погрузки ее
в вагоны на золоотвалах экскаватором и последующего транспор­
тирования и разгрузки на заводе железобетонных изделий коле­
бания в гранулометрическом составе золы Южно-Кузбасской ГРЭС
бьши значительно уменьшены.
|
Можно привести пример из практики работы Московского ком­
бината ЖБК № 2 (Люберецкого). На нем для изготовления керамзитозолобетонных панелей используются золы Алексинской и Ка­
ширской ГРЭС. Усреднение происходит в результате заготовки золы
на гидроотвалах в конусы, где она подсыхает до влажности 2 0 —
25%, затем грузится в вагоны-хопперы и по прибытии . разгружа­
ется на открытом складе комбината. В результате указанной после­
довательности операций не только повышается однородность грану­
лометрического состава зол, но и предотвращаются ее пыление при
транспортировании и смерзание в зимний период.
Нужно учитывать, что резкие колебания влажности золы прино­
сят большие осложнения производству. Они неизбежны как при
использовании золы в бетоне, так и при применении ее в производ­
стве обжиговых материалов, например пористых заполнителей.
Зола каждой электростанции при определенной влажности
склонна к сильному комкованию. В результате она будет налипать
на средства транспорта, забивать бункера и течки на заводе. Приме­
нение вибрации для повышения текучести такой золы не приводит
к нужным результатам. В наибольшей степени это проявляется при
влажности 30-40%. Если влажность снизится до 15% или станет
еще ниже, неизбежно сильное пыление при погрузочно-разгрузоч­
ных операциях и транспортировке, что по существу исключает
возможность использования золы.
При очистке отходящих газов и сухом улавливании золы име­
ются хорошие возможности для повышения ее однородности.
Особенно перспективно разделение летучей золы на фракции во
взвешенном состоянии при сжигании горючих сланцев. В этом на­
правлении крупные исследования проведены В.Х. Кикасом,
Э.Ю. Пиксарвом, В.Э. Нурм, Э.Н. Уусталом, А.А. Хайном и др.
По существу, разделение происходит по крупности частиц, но,
как было сказано выше, в зависимости от крупности наблюда­
ется изменение и других важных свойств, таких, как формы стро­
ения и минералогического состава отдельных фракций золы.
Так, например, установлено, что чем крупнее фракция, тем
выше водопотребность золы, хотя из технологии бетона известна
другая закономерность, в соответствии с которой водопотреб­
ность крупного заполнителя меньше, чем мелкого. Отмеченная
специфическая особенность золы вызывается разным строением
ее частиц. Агрегированные частицы в связи с их увеличенным
размером всегда сосредоточиваются во фракциях, осаждаемых
циклонами. Они не только более крупные, но и отличаются повы­
шенной шероховатостью, рыхлостью строения, поэтому для
них характерна и повышенная водопотребность.
Мелкие и мельчайшие фракции золы, осаждаемые в электро­
фильтрах, состоят в основном из плотных шарообразных частиц
с гладкой поверхностью. Пластификация бетонной смеси, наблюда­
емая при использовании этих фракций, проявляется несмотря на
то, что они имеют более высокую удельную поверхность.
Таким образом, последовательная очистка отходящих газов
вначале в циклонах, а затем в электрофильтрах позволяет разде­
лить золу на фракции, однородные по крупности. В табл. 6 приво­
дится гранулометрический состав золы горючих сланцев, установ­
ленный А.А. Хайном, для проб, отобранных на Прибалтийской
ГРЭС.
В некоторых золах содержится повышенное количество СаО,
причем значительная доля ее находится в свободном состоянии,
что характерно при сжигании горючих сланцев или каменных
углей Канско-Ачинского месторождения. При утилизации таких
зол требуется соблюдать определенный предел по наличию свобод­
ной извести. Единственный путь для решения подобной задачи
заключается в использовании воздушной сепарации.
Т а б л и ц а 6. Относительное содержание частиц разной крупности
в золе Прибалтийской ГРЭС
Зола
Летучая
Крупная фракция
Мелкая фракция
Мельчайшая фрак­
ция
Относи­
тельное
количе­
ство,
%
100
30
50
20
Количество частиц в золе, %, размером, мкм
св. 90
6 0 -9 0
3 0 -6 0
15
50
8
20
5
15
25
15
—
2200
менее 30
62
5
80
100
Ж Ш /к Г
Рис. 7. Зависимость удельной поверхности летучей золы и содержания в ней
свободной извести от осаждения в циклонах при разных КПД или электро­
фильтрах с КПД 95%, а также от теплоты сгорания сланца
На рис. 7 [211 приводятся показатели поверхности и коли­
чества свободной СаО в зависимости от места отбора золы на
Прибалтийской ГРЭС. Из рис. 7 следует, что по этим показате­
лям золы циклонов и электрофильтров существенно отличают­
ся между собой. Для первых характерна меньшая удельная по­
верхность,
но в них содержится большее количество свобод­
ной извести.
Г л а в а 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЗОЛ
ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Основными свойствами зол электростанций следует считать насыпную и истинную плотность, химический состав, температуру
плавления и микропористость, гранулометрический состав и гид­
равлическую активность.
НАСЫПНАЯ И ИСТИННАЯ ПЛОТНОСТЬ
Зола состоит из частиц, отличающихся как по истинной, так и по
насыпной плотности, характеризующей пористость и гранулометри­
ческий состав золы. В некоторой степени эти показатели связаны
с химическим и минералогическим составом. Указанная связь пре­
допределяет необходимость контроля истинной и насыпной плот­
ности, поскольку от них зависят свойства золобетонов (табл. 7 ).
Отдельные фракции одной и той же золы имеют разную истин­
ную плотность. Объясняется это определенной избирательностью
фракций по минералогическому составу, в частности, повышенной
алюминатной составляющей в более крупных фракциях. Для ана­
логии приводим истинную плотность некоторых стекол, располо­
женных по мере повышения основности и кристаллических образо­
ваний, г/см^, встречающихся в золах:
Стекловидные образования
анортит
волластонит
геленит
2,7
2,9
2,9
Кристаллические
образования
окер манит! муллит
3,2
одно каль­
циевый
алюминат
3,03
3,67
Т а б л и ц а 7. Средние показатели зол электростанций
Т
Электростанция *
Уголь
Характеристика золы
насыпная
плотность,
т/м
Иркутская
Черемхов(Ангарская) ский
Южно-Кузбас- Кузбас­
ская
ский
Ступинская Подмосков­
ный бурый
истинная
плотность,
г/см^
удельная
поверхность,
см*/г
0,62
2,25
2740
0,75
2 ,2
4200
0,77
2,21
4700
Электро­
станция
Характеристика золы
Уголь
Томь-УсинКузбао
ский
ская
Красноярская Ачинский
бурый
насыпная
плотность,
т! ь г
истинная
плотно агь,
г/см*5
удельная
поверхность,
см^/г
0,83
2,37
2600
1,148
2,8
849
Золы, подобные красноярской, отличаются повышенной нерав­
номерностью состава, поскольку СаО в них содержится не только
в связном, но и в свободном состоянии. Особенно неравномерно
распределение свободной СаО в золах горючих сланцев.
При хранении и перемещении золы могут самопроизвольно се­
парироваться на фракции не только по крупности, но и по истин­
ной плотности.
Кроме рассмотренных причин изменение истинной плотности
золы происходит в результате изменения количества коксовых и
полукоксовых частиц. Их истинная плотность не превышает
1,3 г/см . Поэтому агрегированные или самостоятельные коксовые
частицы имеют меньшую насыпную плотность, чем стекловидные.
Однако строгой закономерности в этом явлении не наблюдается,
что объясняется наличием вспученных, пористых зерен. В резуль­
тате даже после разделения золы на фракции по истинной плотно­
сти в них находятся частицы, разные по вещественному и фазовому
составу.
Поскольку наиболее тяжелые фракции золы с повышенным
содержанием А ^О з и Ре2 0 з отлагаются преимущественно в ниж­
ней части топки, истинная плотность золы имеет тенденцию к
уменьшению по ходу дымовых газов. То же относится и к агре­
гированным частицам, имеющим коксовые включения. В резуль­
тате повышенной крупности они сосредоточиваются в основном
в провале.
.■
I
Такова одна из причин того, что сухая зола циклонов или
электрофильтров более однородна, чем зола гидроотвалов.
\
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
■
Обычно химический состав золы рассматривают как характе­
ристику ее потенциальной способности к гидратации, однако более
значительная роль принадлежит в этом минералогическим показате­
лям. Основное значение имеют количество и состав зольного стек­
ла, наличие в некоторых золах аморфизированных глинистых алю­
мосиликатов и свободной СаО.
Петрографическую характеристику обычно определяют с учетом
химического анализа; последний обязателен при установлении при­
годности золы для тех или иных целей.
4-0
л
^
9^
2 +
ГЧ
ГО
»»
ё
4>
К
и
I.
см
ГО
о
04
ач со
00
о
<1-
т
X
го
о
м
О
а>
3
а>
гч•
•о
Оч•ъ
<
о
о
о
гч
г
ГО
О
О
^о ч
тГ
П
СО V )
•-*
«—< ГЧ
•
•
V
■
«о
о
гч
гч
о о
ГО
00
«
Н
о гч
-
» >Ч
* о
0
о
о
х
к4>
о
X б
тГ
40
#4
»о «о
гч о
ф>
гч
о
со
гч гч
гч
с
о
г-•к яь чО
00 о
гч
со гч
«о тг
«о
г*
гч
фь
&
СО
СП
х
0
гч
а>
я
1
О
*
Си
<и
и:
б
«о
гч
«о
N0
и*
со
оч
оо
со<4
V© —
« V©
гч
го
2 «о-
\
СП
о(Ч
ся
о
с/5
3Р?
А
о
гч
_
00
оч
04
N
гч
Ч
О
#
Ь
т
V©#ь
*
го со
со со
го
гч
00
о
<ч
гч со
«о•*
о
гч
*
чО
«о
04 ЧО
со ЧО
«о
«О
ГО
40
*н
Ч
О
ЧО
гч г**
«о
«о
V) *п•I
0»о
4* «о
«о
Л
4
§
8
О
С
С
с
м
о
V)
00
9
3
х
о
X
X
о
>»
А
2
о
Н
ач
ЧО «о
о
«о
гI
оч
гч
«о
со
• со
*о __г гч «о
•■
ч
’§
К
Б
х
00
я
гг
я
В?
ю
03
Н
\
)
*
I
&
9Н
*
•I
Ф
+
<
ж
X
В
X
л
н
«о
24,25
X
* •*
д.
03
&
3
X
и
3
а.
X
к
о
о
н
я
м о
0
X5 <
а
5 О *
_
2
о
3
3
&
X
X
ю
и
о
X
X
Е
о
з: и
к
о
О
д
а
за.
СП
3
и
г
Рис. 8. Тройная диаграмма хими­
ческого состава золы-уноса от
твердого топлива различных мес­
торождений
1 — экибастузский уголь; 2 —
донецкий антрацит-штыб; 3 —
львовско-волынский; 4 — куз­
нецкий; 5 — донецкий газовый
спекающийся штыб; 6 — под­
московный; 7 — канско-ачинский; 8 — эстонские сланцы;
9 —торфы
Химический состав золы, по данным [4], [24], [40], значитель­
но изменяется в процессе сгорания даже одного и того же топлива
на одной электростанции. В то же время для длительного периода
времени средние значения химического состава можно принять ста­
бильными.
*Щ
В табл. 8 приводится химический состав зол некоторых электро­
станций, которые получили наибольшее применение в строитель­
стве или опробованы с этой целью.
Н.Г. Залогин, исследовав процесс образования минеральных от­
ложений в золопроводах, привел данные о содержании щелочей
в золе для всех угольных бассейнов страны. По его мнению, содер­
жание растворимых щелочей составляет около 37% суммарного ко­
личества СаО. Однако из табл. 8 следует, что этот показатель не
распространяется на высококальциевые золы, например краснояр­
скую.
~
Химические составы зол основных угольных бассейнов страны
имеют существенные различия (рис. 8 ).
Представленную совокупность зол можно рассматривать состоя­
щей из двух классов. К I классу относятся золы, способные при
смешивании с водой затвердевать в камневидное тело. К II клас­
су — затвердевающие при смешивании с водой, но при наличии из­
вести, т.е. проявляющие свойства пуццоланов. Золы, имеющие вы­
сокую гидравлическую активность, обычно не пригодны для полу­
чения обжиговых Материалов. Наличие свободной СаО приводит
1$ неравномерности изменения объема у таких материалов (на­
пример, пористых заполнителей) при контакте с влагой.
ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ И МИКРОПОРИСТОСТЬ
В литературе об использовании зол в строительстве обычно не
указывается температура их плавления, поскольку изготовление
и применение различных золобетонов происходит при температуре,
не превышающей 200°С (автоклавизация). Однако в последние го­
ды показана перспективность таких направлений, как производ­
ство зольного гравия и аглопорита, получение минеральной ваты
и жароупорных бетонов на основе зол электростанций. Пригод­
ность их для этой цели нельзя установить без характеристики плав­
кого состояния. Необходимо его учитывать и для правильного по­
нимания особенностей состава зол и микроструктуры отдельных
частиц.
ГОСТ 2057—82 предусматривает характеристики плавкости зо­
лы по следующим показателям: *деф — начало деформаций;
*разм “ начало размягчения; 1 плав ~ начало жидкоплавкого состо­
яния, а также определение температуры спекания золы.
Характеристики плавкого состояния зол некоторых электро­
станций приводятся в табл. 9.
Т а б л и ц а 9. Температура плавления зол электростанций
Электростанция
Исходный уголь
Средняя температура плавления, °С 9
деф
Красноярская
Южно-Уральская
Бурый канскоачинский
Бурый челябин­
ский
Кузбасский
Барабинская
9
9
Новосибирская
ТЭЦ-3
И
Кемеровская
Южно-Кузбасс кая
Средне-Уральская Экибастузский
ГРЭС
|
^разм
т
* плав
1175
1200
1250
1250
1270
1310
1165
1240
1190
1300
1290
1330
1180
1090
1470
1300
1295
1690
1350
1420
1710
Таким образом, зола размягчается при 1090—1470°С и плавит­
ся при 1250—1710°С. С увеличением количества оксидов-плавней
(СаО, М§0, Ре2 0 з) дисперсность уменьшается и в золе начинают
преобладать более крупные частицы. Рассматривая гранулометрию
золы, можно отметить определенную зависимость ее от химичес­
кого состава.
Золы Барабинской ГРЭС и Красноярской ТЭЦ, содержащие
наибольшее количество плавней, более грубодисперсны, и, наобо­
рот, золы Красногорской и Южно-Кузбасской ГРЭС, в которых
имеется только 3,2—11,2% оксидов-плавней, характеризуются
повышенной дисперсностью.
Крупность золы не может в полной мере характеризовать ее дис­
персность. В отличие от молотого кварцевого песка ее удельная
поверхность, определенная на приборе ПСХ-3, не тождественна
истинной поверхности. Причина этому — микропористость частиц.
* Микропористость признается многими специалистами [4 ],
[22], [23]. Так, Георги Н.Бабачев считает, что общий объем пор
может достигать 60% объема частиц. Пористость может быть не
только закрытой, но и открытой.
Источником образования пор являются процессы дегидрата­
ции глинистых минералов и диссоциации частиц известняка, гипса
и органических веществ. В результате возникновения газообраз­
ной фазы, состоящей из НоО, СС>2 , 8 О3 , происходит вспучивание
капелек вязкого расплава. Следует полагать, что микропористость
зависит также от скорости охлаждения частиц. Быстрое охлаждение
способствует этому процессу.
Чрезвычайно малый размер пор предопределяет очень большую
действительную поверхность зол (табл. 10). Частицы кокса получе­
ны прокаливанием исходного каменного угля.
Т а б л и ц а 10. Действительная поверхность зол и коксовых остатков
Электростанция
Омская
Барабинская
Новосибирская
Кемеровская
Красноярская
Г Удельная поверхность по адсорбции азота, м^/г
------------------------------ 1 --------------------------------золы
коксовых остатков
14,28
5,85
4,65
3,9
—
2,17
2,64
4,44
18,9
44,5
Их значения более чем на порядок превышают удельную по­
верхность цемента, однако достоверность их подкрепляется таки­
ми показателями, как удельная поверхность автоклавного мелко­
зернистого бетона на Вольском песке (50% которого размолото
до 5000 см^/г), находящаяся в пределах 14,3—30,4 м^/г, и тонкоразмолотых пористых заполнителей бетона: известняка 0,26—1,8 и
кремнистого сланца 2 ,2 —5,2 м^/г.
Рассматриваемые данные имеют большую практическую значи­
мость, поскольку с ними связаны такие свойства золы, как гигро­
скопичность, водопотребность, гидравлическая активность.
В работе [24] указывается, что насыпная плотность золы при
увлажнении 2—4% уменьшается до 70%. Причиной этого являют­
ся адсорбционные явления, в результате которых образуются вод­
ные пленки, раздвигающие частицы и снижающие плотность как
рыхлонасыпанной, так и уплотненной золы.
Существует мнение, что повышенная гигроскопичность золы вы­
зывается содержащимися в ней органическими примесями. Данные
табл. 1 0 показывают, что соотношение действительных поверхнос­
тей стекловидных и коксовых частиц золы может быть самым раз­
личным. Учитывая меньшее количество последних,действительная
поверхность неорганических составляющих больше. Наблюдать
это можно на изотермах адсорбции паров воды золами электро­
станций разной крупности и на пробах, из которых путем флота­
ции были удалены коксовые остатки.
Гигроскопичность золы зависит от вида и количества органичес­
ких примесей, а также микропористости минеральной части
1
3
5
1 9
Время,дн
1 3
5
7
9
11 Время,дн
Рис. 9. Сорбционное увлажнение зол электростанций
а - с углистыми остатками; б - без углистых остатков (обогащение фло­
тацией) ; 1 - 4 - золы соответственно Красноярской ТЭЦ, Барабинской ГРЭС,
Новосибирской ТЭЦ и Ленинградской над водой
л
(рис. 9). Открытая микропористость влияет на гигроскопичность
в такой же степени, как и углистые примеси. Чем больше микропо­
ристость, тем выше адсорбционная активность. При этом действи­
тельная поверхность имеет большое значение, чем крупность золы.
Так, зола Барабинской ГРЭС, по данным *седиментометрического
анализа, относится к крупным, а Новосибирской ТЭЦ - к*средним.
Однако гигроскопичность барабинской золы почти в три раза выше
и мало изменяется при удалении из нее коксовых остатков. Микро­
пористость золы Новосибирской ТЭЦ значительно меньше, поэтому
влияние органических примесей больше.
В тепловой энергетике для характеристики плавкости зол при­
меняют некоторые показатели, в том числе модуль плавкости,
представленный отношением
СаО + Ре2 0 з
8
Ю 2 М 1 2 О3
Микропористость золы должна быть связана с вязкостью рас­
плава, а последняя зависит от приведенного выше отношения окси­
дов. На рис. 10 сопоставляются температура плавления золы, пока­
затель ее поверхности и модуль плавкости.
Адсорбционная активность ряда зол как показатель их микропо­
ристости определялась нами по адсорбции тиазинового красителя
(метиленового голубого) на фотоэлектрокалориметре ФЭК-М1.
Емкость поглощения красителя дается для золы и коксовых остат­
ков, извлеченных из нее флотацией. Полученные данные показыва­
ют, что с повышением модуля плавкости снижается температура
плавления золы и возрастает ее микропористость. Это подтвержда­
ется не только результатами фотоколометрического определения,
но и данными петрографического анализа аншлифов, приведенны­
ми в табл. 1 1 .
__,
§
сз
И
Ш-смкость поглоще­
ния коксовых
остатков
П-Емкость поглоще­
ния голы
Модуль
— I-----плавкости
•§
1^_[
<\э
|
5:г
ас
со
Рис. 10. Адсорбционная активность
зол в зависимости от микропористости
Т - гопа. Красноярской ТЭЦ, *■„„ =
•1215°С; / / — зола Барабинской
ГРЭС, *
~ 1290°С; Ш ~ зола Кеперовской ГРЭС,
= 1350°С;
ТУ — зола ^Новосибирской ТЭЦ-3,
^пп * 1350°С; У — зола Омской
ТЭЦ-2, ±ип = 1490°С
3
§
с:
I
Т а б л и ц а 11. Структура стекловидных частиц в зависимости
от модуля плавкости
Золы электростанций
Показатель
Модуль плавкости
1
Омской
Барабинской
Кемеровской
0,63
0,22
0,16
40,8
20
18,9
СаО ♦ Рег 0 3
$ .0 2 М 120 3
Количество пори­
стых частиц, %
Адсорбционная активность коксовых остатков меняется очень
мало, несмотря на изменчивость исходных углей. В интервале тем­
ператур 500—700°С она усредняется. Следовательно, адсорбцион­
ная активность зол зависит в большей степени от действительной
поверхности и химической активности и в меньшей — от наличия
органических примесей в виде коксовых и полукоксовых остат­
ков.
Взаимодействие с влагой окружающей среды существенно влия­
ет на свойства легких бетонов, особенно при использовании их
в ограждающих конструкциях. Так, при полном водонасыщении
коэффициент теплопроводности бетона может увеличиться в
5—10 раз по сравнению с коэффициентом теплопроводности сухого
бетона. Гигроскопичность зол в связи с такой особенностью счита­
ется важным показателем их качества.
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ
Гранулометрический состав является тем свойством зол, изме­
нению которого необходимо придавать серьезное значение. Плот-
ное расположение частиц смеси достигается лишь при определенном
числе контактов между ними. Наилучшее значение его наблюдается
при соотношении среднего размера частиц фракций от 1 : 2 до 1 :4 .
Золобетоны занимают особое положение среди других мелко­
зернистых систем, поскольку размер частиц золы мало отличается
от размера частиц применяемого цемента. В результате этого измене­
ние соотношения между золой и цементом представляет ограничен­
ные возможности для улучшения зернового состава системы. Так,
соотношение размера частиц песка и цемента для цементно-песча­
ных растворов составляет 1 0 , для цементозольных оно приближа­
ется к 1 .
При изготовлении ячеистых бетонов автоклавного твердения
в зависимости от гранулометрического состава зол снижается усад­
ка и повышается трещиностойкость изделий. Иногда высказыва­
ется мнение, в соответствии с которым смесь золы с цементом
рассматривается своего рода смешанным вяжущим, для которого
гранулометрический состав не играет особой роли. Однако боль­
шинство ученых придерживается другого мнения [ 1 0 ,] [18], [28].
Еще профессор В.Н. Юнг предложил понятие ” микробетон” :
непрогидратированные на всю глубину частицы цемента он рассмат­
ривает как своего рода заполнитель.
Большинство предприятий, занятых изготовлением ячеистого
золобетона, используют сырьевые смеси, улучшая их грануломет­
рический состав. На Ступинском заводе, например, часть золы ме­
лют с известью, на Ахметском комбинате золу размалывают с пес­
ком [20], на заводе ”Стройдеталь” Донецкжилстроя часть золы
заменяют шлаковой пемзой крупностью 5—25 мм. За рубежом зо­
лу смешивают с более крупным песком (Англия, Болгария) или
добавляют к ней тонкомолотый (Дания).
Эти технологические приемы базируются на эмпирической осно­
ве. Их не объединяет какое-либо общепринятое теоретическое по­
ложение.
Установить зерновой состав золы можно методами седименто­
метрического анализа. Практические пределы его применения
соответствуют размеру частиц от 100 до 0,5 мкм.
Если частицы крупнее 100 мкм будут отделены от золы сито­
вым методом, смесь остальных фракций может быть разделена
по крупности седиментометрическим анализом. Однако разнооб­
разная форма и различная истинная плотность частиц могут зна­
чительно снижать точность анализа. Поэтому начать анализ следу­
ет с определения истинной плотности выделенных для этого фрак­
ций золы. Крупную фракцию рекомендуется отделять на сите 0,085,
а две последующие получать сифоном, используя метод Сабанина.
Для выявления гранулометрического состава можно использо­
вать седиментографы разных систем, весы Н.А. Фигуровского [55]
и поплавковый прибор, разработанный И.А. Ивановым.
Поплавковый прибор (рис. 11) представляет собой тонкостен­
ную стеклянную трубку, на переходной части которой крепится
чашечка из органического стекла. Де­
ления, по которым замеряют погру­
жение прибора, нанесены непосред­
ственно на трубку. Вертикальное по­
ложение и глубина погружения при­
бора регулируются грузом (кварце­
вый песок), помещенным в нижней
утолщенной части, от величины ко­
торого зависят устойчивость и пла­
вучесть прибора. Величину груза сле­
дует отрегулировать так, чтобы
даже незначительная нагрузка на ча­
шечку (около 50 мг) вызывала по­
гружение поплавка.
Для определения гранулометри­
ческого состава пробу
50-70 г вы­
сушивают и просеивают через сито
0,085. Из полученного количества
отбирают навеску в 7 г для седиментометрического анализа и 2 0 г
для определения истинной плотности.
Навеску, предназначенную для ана­
лиза, смачивают небольшим коли­
чеством воды и растирают в фарфоро­
вой чашечке пестиком с резиновым
Конусность 1:2Ь5
Рис. 11. Поплавковый прибор для
определения
гранулометрического
состава золы. Общий вид, конструк­
ция и размеры
наконечником для ликвидации слипания частиц.
Пробу переносят в 2-литровый цилиндр с водой, где в течение
2—3 мин перемешивают мешалкой. В полученную суспензию погру­
жают прибор. В течение первых 10 мин погружение поплавка
отмечают через каждую минуту, а затем — через каждые 5 мин.
Опыт заканчивают при прекращении погружения прибора обычно
через 20—24 ч.
Рис. 12. Гранулометрический
состав зол электростанций
20 - 05мкм
Гранулометрический состав рассчитывают по кривым распре­
деления частиц в соответствии с методикой, принятой для седиментометрических анализов.
Данные седиментометрического анализа требуют обработки и
классификации. Для характеристики гранулометрического соста­
ва золы рационально разграничивать ее на три фракции, которые
входят и в состав цемента, т.е. на частицы больше 85 мкм, от 85 до
20 мкм и меньше 20 мкм. Это позволяет при назначении зернового
состава всей системы учитывать влияние цемента, поскольку его
крупная фракция может быть принята за своего рода заполнитель,
а мелкая целиком гидратируется, переходя в новообразования
на всю глубину зерна. Следовательно, плотность укладки частиц
будет в основном зависеть от соотношения мелких и крупных
фракций золы и расхода цемента. При прочих равных условиях,
чем меньше средних фракций, тем больше плотность укладки.
На рис. 12 представлена треугольная диаграмма гранулометри­
ческого состава зол, на которой нанесены рекомендуемые грани­
цы оптимальных составов (заштриховано). Границы установлены
исходя из соотношения между мелкой и крупной фракциями от
1:1 до 1:3; содержание средней фракции не должно превышать
50% по массе всей смеси.
Многочисленные анализы показали, что гранулометрический
состав золы меняется в широких пределах. Точки, характеризую­
щие его, распространяются почти на все поле диаграммы.
Следует установить градацию зол на мелкие, средние и крупные,
а по однородности — на монодисперсные и полидисперсные. Пре­
обладают мелкие золы, в которых фракция более 85 мкм не пре­
вышает 20%. К ним относятся золы Ангарской, Прибалтийской,
Омской, Новокузнецкой и Южно-Кузбасской электростанций. Как
отмечалось выше, крупные золы образуются при повышенном
содержании в минеральной части топлива оксидов-плав ней СаО,
Ре?Оз; к ним относятся золы Барабинской, Красноярской и Че­
лябинской электростанций.
Приведенная диаграмма необходима не только для классифи­
кации зол по гранулометрическому составу. Заложенный в ней
принцип может быть успешно использован и при
подборе опти­
мальных составов сырьевых смесей.
Поскольку при одинаковых размерах частиц цемента и золы
изменение соотношения между ними не может привести к изме­
нению зернового состава системы, улучшать последний необходи­
мо измельчением части золы или введением более крупных доба­
вок.
После установления седиментометрическим анализом крупности
золы зерновой состав сырьевой смеси принимают исходя из соот­
ношения следующих трех фракций:
цементная, с частицами размером меньше 0,08 мм;
промежуточная с частицами размером 0,08—0,3 мм. Верхний
предел фракции определяется максимальным размером частиц
золы и стандартным размером сита 0,3 мм;
песчаная (или иная) добавка с частицами размером 0,3—5 мм.
Верхний предел фракции определяется максимальной крупностью
песка по ГОСТ 8736—77 (с изм .).
Удобство разработанной методики состоит в том, что она
рассчитана на стандартный ситовой анализ цемента и заполнителя,
седиментация же требуется лишь для установления крупности
золы.
‘
~
Проделав это и имея определенное соотношение между золой
и цементом, по треугольной диаграмме находят необходимое коли­
чество крупной фракции, обеспечивающее оптимальный грануло­
метрический состав смеси.
Улучшение гранулометрического состава сказывается, в первую
очередь, на пластично-вязких характеристиках золобетона. В систе­
мах с рекомендуемым зерновым составом можно сильно снизить
водопотребность и по существу стабилизировать величину предель­
ного напряжения сдвига.
Изменение гранулометрического состава крупных зол путем
частичного помола повышает их физико-химическую активность
и увеличивает долю коллоидных новообразований. В результате,
несмотря на значительное повышение прочности при сжатии, неиз­
бежно возрастают усадка, ползучесть и деструктивные явления
при многократном увлажнении и высушивании. Поэтому грануло­
метрию крупных зол можно изменять не измельчением, а введени­
ем таких, например, добавок, как тонкомолотый песок.
Мелкие золы практически всегда требуют улучшения зерново­
го состава путем введения добавки более крупного заполнителя.
Полученные результаты справедливы и для газобетонов на
тех же золах.
ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ
Гидравлическая активность зол электростанций исследовалась
в многочисленных работах советских и зарубежных специалистов
И Ь [ 9 |, [12], [21], [23], [34], [50]. Особенности активизации
и гидратации разнообразных зол рассматриваются в данной работе
с точки зрения использования зол в легких бетонах.
В оценке причин, обусловливающих гидравлическую активность
зол, нет единого мнения.
Единство проявляется лишь в том, что между составом пустой
породы, засоряющей уголь, и минералогическим составом зол
должна существовать тесная сдязь. Углепетрографы показывают,
что первозданными осадочными породами, в которых происходи­
ло отложение органического углистого вещества, следует считать
глины и суглинки, включающие такие вторичные отложения, как
пылевидный кварц, карбонаты, гипс или ангидрит.
Условно глинистое вещество принято представлять каолинитом
§Щ®3 ,,25102* 2 Н2 О, который в процессе нагревания теряет хими­
чески связанную воду и переходит в соединение, называемое
метакаолин А1 2 0 з*2 8 1 0 2 .
Особенностью метакаолина является его способность в смеси
с известью твердеть при комнатной температуре. Для большинства
зол такая реакция, однако, не характерна, что объясняется разным
поведением глинистых минералов, содержащихся в угле при нагре­
вании. Так, для глинистого вещества монтмориллонитового состава
плавление наблюдается при температуре 900-1050°С. Гидрослю­
дистые глины дают расплав при более высоких температурах
1000—1200°С, а каолинитовые не плавятся даже при 1400—1600°С.
Температура плавления зол сибирских электростанций, работаю­
щих на каменных углях Кузбасса, составляет 1200-1300°С, по­
скольку их неорганическая часть имеет монтмориллонитовый и
гидрослюдистый характер. Иное положение присуще золам экибастузских углей, минеральная часть которых содержит каолинит. По
данным М.Ф. Чубукова, это приводит к наличию в золе аморфизованного глинистого вещества.
Не все признают факт образования метакаолина при нагревании
глинистого вещества. В.Эйтель указывает, что при 800—1100°С
метакаолин полностью разрушается, что сопровождается образо­
ванием смеси кремнезема и у-глинозема.
Для образования метакаолина требуются как минимум два ус­
ловия: соответствующий минеральный состав исходной глинистой
породы (примером является экибастузский уголь) и требуемая
температура в топке. Чем она выше, тем более вероятен переход
глинистой составляющей в метакаолинитовое стекло. Если эти ус­
ловия не удовлетворяются, в золах остается аморфизованное гли­
нистое вещество. Однако считать его метакаолином в условиях га­
зовой среды с температурой более 1000°С нельзя. Более вероят­
но образование ”свободных”, как их называют, окислов 8 Ю9 и
ДЬО*
Г.6 . Геммерлингом установлена высокая гидравлическая актив­
ность (табл. 1 2 ) искусственйого алюмосиликатного стекла.
Важной особенностью метакаолинитового стекла является то,
что хотя для него и подтверждается неоднократно установленный
факт высокой эффективности известково-гипсовой активизации,
однако при температуре 20°С оно твердеет значительно интенсивнее, чем в условиях гидротермальной обработки. Как показывают
данные табл. 1 2 , прочность образцов автоклавного твердения мо-
Т а б л и ц а 12. Прочность образцов размером 1x1x1 см
из алюмосиликагиого стекла в разных условиях твердения
Образец
Предел прочности на сжатие, МПа, при различных
режимах твердения
1
28 сут при
18—20°С
80% стекла + 20% СаО
80% стекла + 20% СаО+
+ 3% Са$0*
21,8
50
пропаривание
24 ч при
100°С
16,7
41,8
автоклавная
обработка
8чпри175°С
15
23,7
жет быть значительно ниже, чем пропаренных в камере. Эти резуль­
таты не только подтверждают возможность изготовления безавтоклавного газозолобетона, но и хорошо согласуются с теорией
твердения вяжущих А.В. Волженского. Согласно этой теории, в
результате автоклавной обработки резко сокращается удельная
поверхность новообразований, что вызывается перекристаллиза­
цией и старением гелия.
Исследуя микроструктуру и морфологию новообразований
зольных вяжущих, можно установить определенные преимуще­
ства цементирующей связки, если она получена в условиях более
низких температур гидротермальной обработки. Это выражается
в изменении соотношения между гелевидной и кристаллической
фазой по мере повышения температуры твердения.
На рис. 13 показаны термограммы известково-зольного бетона
(20% извести + 80% золы) на золе Новосибирской ТЭЦ-3. Термо­
грамма пропаренных образцов (см. рис. 14) имеет четкий экзо­
термический эффект при 330°С, который соответствует кристал­
лизации геля; эндотермический эффект при 410°С следует, по-ви­
димому, отнести к наличию в новообразованиях гидрогранатов.
В золобетоне имелась свободная Са(ОН)2 >что проявилось в эндо­
термическом эффекте при 560°С и исказило экзотермический
эффект выгорания коксовых остатков, который присущ как
пропаренным образцам, так и прошедшим автоклавную обработ­
ку. Наблюдается также наличие карбоната
кальция —эффект при
850—880°С.
Автоклавизация приводит к резкому увеличению кристалли­
ческой фазы, в результате чего экзотермический эффект при 330°С
пропадает и появляются два новых: при 820 и 900°С. Эти эффекты
соответствуют образованию кристаллического волластонита или
^ -СоЗ и низкоосновных гидросиликатов.
Некоторые иллюстрации к рассматриваемому процессу могут
дать электронно-микроскопические и оптические фотографии
в проходящем свете. На рис. 14 показаны новообразования из золы
Кемеровской ГРЭС при известковой активизации в суспензии
(СаО — 1,07 г/л]1Последнюю выдерживали в камере при 1 — 90°С
в течение 14 ч. Привлекают внимание четкие контуры гексагональ­
ного гидроалюмината 4 Са0 -А1 2 0 з (12 — 14) Н2 О, отдельные крис-
й)
650°0
6Ц)°С
б)
9009С
Я
Ш
Щ
Ш
ЯШ
1Ш
Рис. 13. Термограмма образцов
известково-зольного
бетона
(20% гадратной извести + 80%
золы),/?/Г = 0,5
а — твердение в камере 3+14+
+6 ч при 80°С; б — твердение в
автоклаве 2+8+2 ч при давлении
8 Па
Рис. 14. Микрофотография в
проходящем свете известково­
зольной суспензии
таллы тонковолокнистых гидросиликатов. Агрегация тонковолок­
нистых гидросиликатов и кристаллов гидросульфоалюминатов
создает сложную ”войлокообразную” структуру новообразований.
Она, по мнению многих специалистов, способствует образованию
прочной связки не только у зольных, но и у аглопорито-известковых вяжущих.
Для выяснения роли стекловидной фазы из золы Барабинской
ГРЭС была выделена путем флотации фракция стекла удельным
весом 2,6—2,9 г/см^. По данным петрографического анализа и по­
казателям светопреломления выделенные частицы можно отнести
к стеклу А с примесью стекла В (см. гл. 2).
Препараты, изготовленные из суспензии стекла после 180 сут
выдержки при температуре 18—20°С и известково-гипсовой акти­
визации, образовали отмеченную выше "войлокообразную” струк­
туру. На рис. 15 видны кристаллы гидросульфоалюмината (пря­
мые с притупленным концом) и скопления тонковолокнистых
гидросиликатов. Полученные препараты достаточно ясно подтверж­
дают активную роль стекла в процессе твердения зольных вяжу­
щих.
1
Наряду с этими основными новообразованиями в зольных
вяжущих в зависимости от условий твердения наблюдаются сле­
дующие характерные образования кристаллической фазы: при
нормальных условиях твердения — гексагональные гидроалю­
минаты и гидросульфо алюминаты, при пропаривании — начало
образования гидрогранатов, при автоклавной обработке — увели­
чение количества гидрогранатов.
Ряд специалистов, в том числе зарубежных [10], [34], считают,
что твердение смешанных вяжущих, состоящих из золы ТЭС и
портландцементного клинкера, следует рассматривать как пуццолановую реакцию.
Последняя характерна тем, что уже при комнатной температуре
наблюдается отвердевание смеси из пуццолана, гидрата окиси каль­
ция и воды. Хотя в золах пуццоланы как таковые отсутствуют,
при сгорании угля происходит переход его минеральной части в
аморфное или чаще в стекловидное состояние. Последнее харак­
терно и для вулканических горных пород (пуццоланы). С этих
позиций следует признать, что как стекловидные, так и аморфные
компоненты в результате своей термодинамической нестабильнос­
ти могут действительно рассматриваться носителями гидравли­
ческой активности зол.
Продуктами гидратации являются: низкоосновный гидросили­
кат СЗН (В) в результате снижения концентрации извести в растворе, гидрогеленит, моносульфат ЗС аО А ^О з-И ^О .
Важно при этом знать, когда следует ожидать начала пуццолановой реакции. Единого мнения в этом вопросе нет. Одни пола­
гают, что через 14—28 дн после приготовления бетонной смеси,
другие —через 40 дн.
1
М. Кокубу [23] справедливо считает, что подобная реакция
начинается на ранней стадии твердения, когда поверхность частиц
золы покрывается пленкой гидроокиси кальция. Между этой
пленкой и поверхностью частиц золы существует граничный слой
в виде водного промежутка. Считается, что он проводит ионы
кальция и продукты пуццолановой реакции постепенно осаждают­
ся в граничном слое. Поэтому пуццолановая реакция не дает боль­
шого увеличения прочности до тех пор, пока граничный слой не
заполнится в определенной мере продуктами реакции. По мере
заполнения граничного слоя продуктами пуццолановой реакции
между частицами золы и продуктами гидратации цемента посте­
пенно образуется прочная связь, что обеспечивает рост прочности,
водонепроницаемости и износоустойчивости бетона. Именно этим
объясняется факт длительного нарастания прочности бетона, со­
держащего золу ТЭС.
Свободные кремнекислота и глинозем, содержащиеся в бетонах,
имеющих золу, являются показателем ее гидравлической активнос­
ти. По данным А.В. Волженского, Г.Н. Сиверцева, Н.И. Федынина
[9], [37), [50] , а также наших опытов количество растворимой
8 1 О2 в золе имеется в пределах 1,5—
6%.
,
/ В табл. 13 показано изменение прочности автоклавного бетона
(80% золы + 2 0 % гидратной извести) в зависимости от количества
свободной 8 1 О2 в золе. Подобные результаты содержатся и в рабо­
те Г.Н. Сиверцева [49]. Он предложил совокупный показатель гидравлической активности, характеризуемый индексом ( 5 + А) / С ,
т.е. отношением суммы растворимых 8 1 О2 и А1 2 О3 к растворимой СаО. .
Для высокоосновных зол (например, Красноярской ТЭЦ), в
которых 8 1 О2 связана в растворимые силикаты, а СаО имеется в
свободном состоянии, гидравлическую активность следует оцени­
вать иначе.
]
'
;
‘
]
I
I
1
|
I
Т а б л и ц а 13. Зависимость прочности известково-зольных бетонов
от содержания свободной 52 0 2 в золе
Зола электростанции
Барабинской ГРЭС
Новосибирской ТЭЦ-3
Кемеровской ГРЭС
Содержание
свободной
5г 0г
в золе, %
Предел прочности на сжатие бетона,
МПа
после пропа­
ривания
1,2
1, 8—2
2,4
после автоклав­
ной обработки
2,2
2.5
3,8
15.5
3,3
8
Интенсификация твердения подобных зол посредством введе.
‘СТИ недостаточна. Несмотря на высокое содержание ”активной” кремнекислоты (7,41%), прочность известково-зольного
бетона на золе Красноярской ТЭЦ ничтожна: при пропаривании —
0,5 МПа, при автоклавизации — 4,2 МПа. Эффективное использо­
вание вяжущих свойств золы наблюдается при наличии трех компо­
нентов: известь —молотый песок (гидравлическая добавка) — зо­
ла. В какой степени при этом повышается прочность бетона, вид­
но из рис. 15. В качестве добавки использован тонкомолотый пе­
сок с удельной поверхностью 5000 см^/г.
Поскольку процесс твердения зависит от количества свобод­
ных окислов и активного стекла, особое значение имеет фазовый
состав зол. Именно он предопределяет характер твердения и пути
его интенсификации.
В связи с этим особого внимания
*сж
заслуживает вопрос о сочетании в раз­ 21
личных бетонах зол электростанций с
гранулированным доменным шлаком.
19
В 1962 г. в Новокузнецке было предло­
жено использовать шлакопортландцеП
мент для изготовления газозолобетона
и дано теоретическое обоснование при­
менения
этого
комбинированного 15
вяжущего. В настоящее время в Со­
ветском Союзе, например в Донбассе, 13
а также за рубежом (во Франции) при
строительстве теплоэлектроцентрали в 11
Дюнкерке [60] и в дорожном строи­
тельстве эффективно используют бе9
.МПа
7
Рис. 15. Прочность автоклавного известково­
зольного бетона состава 20% гидратной из­
вести + 80% золы в зависимости от ко­
личества добавка тонкомолотого песка
5
0
Ю
Количество песка,
% по массе золы
тон на комбинированном
заполнителе или вяжущем (зо­
ла + доменный ш лак).
Так, Лэези [64], рекомендуя заменять в дорожных бетонах
песок заполнителем, содержащим 2 0 % золы + 80% гранулирован­
ного шлака, дополнительно предлагает использовать в нем шлакопортландцемент, а не портландцемент. Как положительный факт
отмечается сочетание золы с доменным шлаком у М.Г. Толочковой
М. Кокубу [23],
Гранулированный доменный шлак как более активный ком­
понент системы дает основное количество гидратов. Кислые домен­
ные шлаки и золы весьма близки по фазовому составу: до 85—90%
в них составляет стекловидное вещество.
По теории гидратации топливных гранулированных шлаков, раз­
работанной А.В. Волженским [9], из стекловидной части зол выще­
лачиваются З 1 О2 и АЬО^. Растворимость последнего при 20° С весь­
ма незначительна — О,0 о г/л, поэтому раствор становится быстро
насыщенным и выщелачивание глинозема из золы прекращается.
При снижении концентрации СаО растворимость А1 2 О3 повышает­
ся и может достигать 0,32—0,33 г/л.
Кислые доменные шлаки, более активно взаимодействующие с
СаО, чем зола, должны, по-видимому, способствовать и более пол­
ной гидратации зол. Объяснить это можно повышенной вьпцелачиваемостью глинозема из зол, если концентрация окиси кальция в
растворе будет снижаться.
В.Н. Юнг и А.С. Пантелеев установили, что гелеобразная масса,
находящаяся вблизи частиц пористого наполнителя, отвердевает
значительно быстрее, чем удаленная от этой поверхности. По их
мнению, чем больше суммарная поверхность соприкосновения
геля с микронаполнителем, тем быстрее твердеет система и тем
более высокую прочность она приобретает.
Следует полагать поэтому, что зола, не подвергаясь интенсивной
гидратации, может активно участвовать в процессе твердения
шлакового вяжущего. Объясняется это ее очень большой действи­
тельной поверхностью, способной адсорбировать влагу.
Отмеченное положительное явление должно проявляться более
интенсивно в тех случаях, когда частицы золы и шлака находят­
ся в тесном контакте и плотно соприкасаются друг с другом.
Совместное применение цемента, золы и доменного шлака позво­
ляет значительно улучшить гранулометрию системы.
ТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗОЛАМ,
ПРИМЕНЯЕМЫМ В БЕТОНАХ
В соответствии с требованиями строительства начиная с 1973 г.
различными министерствами и ведомствами был разработан ряд
ТУ и технических рекомендаций, в основном относящихся к при­
менению зол в качестве добавки к бетонам.
В настоящее время к действующим нормативным документам
относятся: ГОСТ 25582—83 ”Смесь золошлаковая тепловых
электростанции для бетона’*, ГОСТ 25818-83 ” Зола-унос тепловых
электростанций для бетона. Технические условия”, ТУ 21-31-45-82
”Золы теплоэлектростанций в качестве мелкого заполнителя
керамзитобетона марок 35—200 для ограждающих и несущих
конструкций” .
Содержащиеся в них требования к золе, рассматриваемой
в основном как мелкий заполнитель для бетона, относятся к ве­
личине П11П в зависимости от вида угля, а также свободной из­
вести и сульфатов.
Продолжительное время ППП отождествлялись с количеством
несгоревшего угля. Однако величина ППП отображает изменение
массы не только от сгорания остатков угля, но и потери, вызван­
ные разложением карбонатов и сульфатов. Хотя они не могут
быть велики, принимать их во внимание при анализе химического
состава-золы необходимо.
Важным является и вид исходного угля. Если он относится
к классу тощих или к антрациту, можно принять более высокие
величины ППП.
В зависимости от вида исходного угля (антрацитовый, камен­
ноугольный, буроугольный) и вида конструкций (армированные
и неармированные) предусматривается определенная величина
ППП. Например, при сжигании антрацита и применении золы в
армированных конструкциях по ГОСТ 25592-89 допустимая ве­
личина ППП составляет 15%.
При выборе золы важно учитывать содержание в ней свободной
извести и сульфатов. Все отмеченные нормы ограничивают суль­
фаты в пересчете на ЗО3 тремя процентами, исходя из соображений
о сохранности арматуры в бетоне. Не менее существенно и содер­
жание свободной СаО.
Наличие в золе свободной СаО можно рассматривать с двух
точек зрения. Во-первых , поскольку щелочные компоненты акти­
визируют зольное стекло, наличие свободной извести является
положительным фактором, например, для зол горючих сланцев,
Во-вторых, приходится считаться с тем, что для отдельных фрак­
ций золы этот показатель изменяется в значительных пределах.
По данным В.X. Кикаса, коэффициент вариации количества- СаО
свободной доходит для зол эстонских сланцев до 38,6% [21].
Это значит, что в одной пробе золы свободной СаО имеется 5—6%,
а в другой на порядок выше, т.е. 40-42%. Естественно, что такие
колебания будут сильно нарушать технологию и могут приводить
к деструкции изделий и конструкций.
Поскольку органические остатки сосредоточиваются в основном
в крупных фракциях золы, заслуживает внимания чехословацкий
стандарт на золу [67], в котором рекомендуется оценивать ка­
чество золы по двум показателям: крупности и величине ППП.
Г л а в а 4. ЗОЛЬНЫЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ БЕТОНОВ
РАЗЛИЧНОГО ВИДА
Уже продолжительное время ведутся работы по использованию
золы в бетонах в ее естественном виде. Вначале это были гидро­
технические бетоны, для которых зола рассматривалась в качестве
добавки к цементу. Сейчас доказана возможность ее применения
не только как добавки, но и в виде самостоятельного мелкого
пористого заполнителя, например й керамзитобетоне.
Эффективно использование золы и в тяжелых бетонах, напри­
мер, кассетного формования, для снижения расхода цемента и по­
вышения однородности смеси. Во всех случаях не требуется созда­
ния специального производства для изготовления зольных запол­
нителей. Они уже имеются на электростанциях. Поэтому отмечен­
ное направление особенно эффективно.
Наряду с последним на основе зол ТЭС можно организовать
производство таких искусственных пористых заполнителей, как
аглопоритовый гравий, зольный гравий и глинозольный керамзит.
ПРИМЕНЕНИЕ ЗОЛЫ В КАЧЕСТВЕ ДОБАВКИ,
УЛУЧШАЮЩЕЙ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ СМЕСИ
Гранулометрический состав бетонной смеси определяется соот­
ношением объемов мелкого и крупного заполнителя (обычно доля
песка в смеси заполнителей составляет от 0,35 до 0,42), наличием
одной или нескольких фракций крупного заполнителя и, наконец,
гранулометрическим составом самого мелкого заполнителя.
Содержание в природном песке частиц мельче 0,14 мм допуска­
ется не более 10%. Это ограничение эызвано тем, что при большем
количестве мельчайших фракций значительно повышается водо­
потребность бетонной смеси. Происходит это вследствие того, что
фракция менее 0,14 мм состоит в основном из пылеватых и гли­
нистых частиц. Считается, что частицы цемента, которые значи­
тельно мельче песка, заполняют в нем пустоты и в результате грану­
лометрия
бетонной смеси в целом может быть достаточно хо­
рошей.
“
;
*
В практике высказанные соображения зачастую нарушаются и
выправлять положение приходится перерасходом цемента. Этого
может и не быть, если в песке будет достаточное количество фрак­
ций менее 0,14 мм, но они не будут повышать его водопотребность
и, как следствие, ВШ.
Частицы золы имеют предельный размер 2 0 0 мкм (т.е. 0 , 2 м м ).
Следовательно, по крупности они представляют собой именно ту
фракцию песка, которая проходит через сито 0,14 мм. Однако в
отличие от песка их преимущество состоит в том, что в золе пре-
обладают частицы сферической формы с гладкой фактурой поверх­
ности.
*
Можно привести достаточное количество примеров заводского
производства конструкций и изделий как в Советском Союзе
[36] ш[37], так и за рубежом [23], из которых следует, что приме­
нение смеси песка и золы в качестве мелкого заполнителя приво­
дит к большому экономическому эффекту.
В соответствии с исследованиями НИ. Федынина и С.И. Пав­
ленко [36] характерной особенностью таких смесей является то,
что независимо от удельной поверхности золы величины их водопотребностей весьма близки и в то же время пластичность бетон­
ных смесей во всех случаях улучшается. Так. например, на рис.16
[2 2 ] представлена водопотребность золы, песка и их смесей,
при этом удельная поверхность зол Кемеровской ГРЭС, Барна­
ульской
ТЭЦ-2
и Южно-Кузбасской ГРЭС соответственно
повышается в следующих пределах: 1770 2280 и 4500 см?/г. Не­
смотря на это, водопотребность смеси 1 *2 , в которой количество
золы последовательно возрастало, по существу не зависит от
удельной поверхности золые
Понять такое явление можно, лишь принимая во внимание, что
чем мельче зола, тем меньше в ней агрегированных частиц и боль*
ше пластифицирующих, имеющих гладкую поверхность и сфери­
ческую форму. Водопотребность песка, золы и их смесей на рис. 20
определялась по способу Б.Г. Скрамтаева, П.Ф. Шубенкина,
Ю.М. Баженова, в соответствии с которым берется цементно­
песчаный раствор 1 : 2 и для него подбирается такое количество во­
ды, при котором расплыв конуса на встряхивающемся столике
составляет 170 мм. Определяется нормальная густота цементного
теста, и водопотребность песка Вп рассчитывается по формуле
в п ш (В/Ц - НГ) 12,
где НГ — нормальная густота цементного теста в соответствии с ГОСТ
310.3-76.
Резкое различие в водопотребностях песка (10%) и золы (око­
ло 45%) еще раз подтверждают наличие микропористости золы и
рыхлое строение ее агрегированных частиц (см. рис. 2 0 ).
Рис. 16. Водопотребность цементного
раствора в зависимости от соотношения
между песком и золой
1 — зола ЮжноКузбасской ГРЭС; 2 —
зола Барнаульской ТЭЦ; 3 - зола
Кемеровской ГРЭС
гго п т Ш 7 т г т з т п т
Составраствора Ц П з
Еще один фактор, благоприятно влияющий на свойства бетона
в результате замены части песка и цемента золой, выражается
в том, что увеличивается степень гидратации цемента в результате
связывания содержащихся в зольном стекле (особенно при повы­
шенной температуре термообработки) активных кремнезема
и глинозема свободной СаО. При этом возрастает и масса хими»
чески связанной воды.
Из данных, полученных в исследованиях НИИЖБа [37], следу­
ет, что, если количество свободной Са(ОН ) 2 в цементном камне
суточного возраста составляло 11,8%, а в возрасте 150 сут — 5,18%,
то в цементно-зольном камне оно соответственно снижается до
0,48 и 0,3%. Отсюда можно высказать суждение и о повышении
степени гидратации цемента, что, в свою очередь, ведет к повыше­
нию прочности и плотности контактной зоны сцепления.
Впервые сухая каменноугольная зола ТЭЦ-3 была применена
в Новосибирске для тяжелых бетонов кассетного формования в
1966 г. на ДСК-1 [33]. Указанное мероприятие позволило повы­
сить связность бетонной смеси и уменьшить ее расслоение в кас­
сетных установках. При этом достигнутая экономия цемента соста­
вила 30—50 кг на 1 м^ бетона.
Далее применение золы в подобных бетонах проходило на Полысаевском заводе крупнопанельного домостроения в Кузбассе
и было запроектировано на Томьусинском и Прокопьевском ДСК.
Особенностью применения золы на Полысаевском заводе в отли­
чие от ТЭЦ-3 в Новосибирске являются отбор ее на гидроотвалах
и подача в бетоносмесительное отделение в виде шлама. Кроме
золы и воды в шламбассейны добавляется СДБ в количестве
0,1—0,2% по массе цемента.
На заводе имеется специальное отделение с двумя шламбассейнами вместимостью 36 м^ каждый. Для перекачки шлама коли­
чество воды в нем должно составлять 50—60%, что соответствует и
водопотребности бетонной смеси. Поэтому добавлять воду к шла­
му при приготовлении бетонной смеси не требуется, и лишь в
исключительных случаях она вводится в небольшом количестве.
Чтобы требуемое соответствие на предприятии выдерживалось
без резких колебаний, необходимо оперативно и постоянно про­
водить контроль за влажностью золы, шлама и точностью дозиров­
ки в бетоносмесительном цехе.
При формовании конструкций в кассетных установках в ре­
зультате вибрации разделительных щитов в бетонную смесь попа­
дает в диспергированном состоянии воздух, что приводит к обра­
зованию на поверхности панелей многочисленных пор и раковин.
Для ликвидации последних проводятся дополнительные операции
по шпаклевке поверхности. Использование смешанного мелкого
заполнителя, состоящего из песка и золы, с одновременной плас­
тификацией смеси добавкой СДБ позволяет применять литые бе­
тонные смеси и осадка конуса (18—20 см) и отказаться от виб­
рации* При этом пористость поверхности не превышает 0,15-0,2%
вместо 2—3% при обычной вибрационной технологии. Раковины
и поры диаметром более 1 мм образуются лишь в единичных
случаях.
Основные физико-механические показатели бетонов марок
М 150-М 200 с заменой части песка золой в количестве 150-200 кг/
/м , по свидетельству [36], [37], характеризуются следующими
данными.
Отношение /?™/#куб находится в пределах 0/71—0,82. Началь­
ный модуль деформации
а также предельная сжимаемость
(0,8 до 1*4 мм/м) и растяжимость (0,09 до 0*15 мм/м) удовлетво­
ряют нормативным требованиям. Значение Е находится в преде­
лах от 30,5 до 31,8 МПа при/?Пр — 14,5 — 21,3 МПа.
Усадка бетона из пластичных и высокопластичных смесей не
превьпиала 0,25 мм/м. Ползучесть бетона на уровне нагрузки
0,25 и 0,5 /?от, не превышала соответственно 0,25 и 0,6 мм/м,
т.е. была такой же, как у бетона без золы.
ПРИМЕНЕНИЕ ЗОЛЫ
В КАЧЕСТВЕ МЕЛКОГО ПОРИСТОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ
Одна из главных проблем легкобетонного строительства состо­
ит в обеспечении заводов сборного железобетона пористым песком.
Имеется лишь одно предприятие, действующее в г. Куйбышеве,
на котором работают специальные установки для получения порис­
того песка по методу кипящего слоя. Производительность такого
цеха не превышает 50 тыс. м^в год. Поэтому в большинстве слу­
чаев легкие бетоны изготовляют на тяжелом кварцевом песке.
Кроме технологии кипящего слоя пористый песок можно полу­
чить путем дробления крупных зерен пористого заполнителя —
аглопорита и керамзита. Однако для получения 1 м^ пористого
песка требуется подробить около 2 м^ керамзита и соответствен­
но дополнительно затратить на это электроэнергию. Более целе­
сообразно ориентироваться на попутные продукты промышленнос­
ти и среди них, в первую очередь, на золы электростанций. Послед­
ние представляют собой готовый пористый мелкий заполнитель,
главный недостаток которого состоит в слишком малом размере
его частиц.
Если для растворной части бетона применяется естественный
песок, а не зола, частицы цемента располагаются в пустотах песка
и в виде теста смазывают его поверхность. Растворная часть полу­
чается не только достаточно прочной, но и пластичной, а также
плотной по структуре.
Иное положение при использовании золы. Вследствие соразмер­
ности частиц цемента и золы последние не создают своеобразного
каркаса растворной части. Зола как бы замещает лишь часть объ­
ема в цементном тесте, но и привычного представления о структу­
ре бетона не достигается. В результате усадка возрастает, моро­
зостойкость снижается.
Удельная поверхность золы составляет 1000-5000 см^/г, пес­
ка — 20—200 см /г. Следовательно, поверхность золы, которая
должна быть покрыта цементным клеем, в 10-100 раз больше,
чем песка, поэтому в результате недостатка цемента, так же как
и избытка, долговечность материала снижается.
Изменение соотношения между золой и цементом не может
существенно улучшить гранулометрию их смеси. Это достига­
ется применением третьего, более крупного, чем первые два,
компонента: песок, дробленый керамзит или аглопорит, доменный
гранулированный шлак.
Полная замена песка в легких бетонах золой может рассматри­
ваться лишь как частный случай. Последний оправдан при нали­
чии в самом крупном пористом заполнителе достаточного коли­
чества частиц песчаных фракций)
- Наиболее полно возможности золы как мелкого пористого
заполнителя
используются в керамзитозолобетоне.
Последний
стали применять в крупнопанельном домостроении в середине
шестидесятых годов в Москве и Новосибирске. Исходя из этого
положительного опыта изготовление тяжелых и легких бетонов
с использованием золы взамен песка проводилось во Львове,
Жданове, Новокузнецке и ряде других городов.
За прошедшее время в Москве выстроено более 16 млн.м^
жилых и общественных зданий с применением керамзитозолобетонов, в Новосибирске — более 2 млн.м^. Опыт Новосибирска
характерен использованием золы с величиной ППП до 15%, что
превышало действовавшие в то
время нормы. Золы местной
ТЭЦ-3, работавшей на тощих каменных углях Кузбасса, содержат
ококсованные частицы , стойкие против окисления и изменения
объема при увлажнении. Значительное же количество "агрегиро­
ванных” частиц осаждается в циклонах и не попадает в основную
массу золы, перехватываемую пневмоотбором [33].
Для конструкционных бетонов целесообразно в ряде случаев
смешивать золы с песком. Это объясняется гранулометрической
"совместимостью” крупных и средних песков с дисперсной зо­
лой, которая размещается в пустотах между зернами песка, улуч­
шая пластичность смеси (соотношение золы и песка, как 1:2,5).
Практика использования керамзитозолобетона в Новосибирске
также показывает, что для повышения морозостойкости целесооб­
разно не полностью заменять песок золой. Нужное соотношение
между ними устанавливается по показателю оптимальной грануло­
метрии [33].
Впоследствии в Новосибирске речной песок был заменен дроб­
леным керамзитом (1ч. золы и 2 ч. дробленого керамзита).
В Орехово-Зуеве в 1974 г. было организовано производство
пустотелых комплексных преднапряженных панелей кровли из керамзитобетона [1]. Бетон марки М 200 изготовлялся первоначаль­
но на дробленом керамзитовом песке, который затем был заменен
золой-Алексинской ТЭС и кварцевым песком в соотношении 1:1
по объему.
Использование золы в качестве мелкого заполнителя позволя­
ет снизить расход керамзитового гравия на 20-25%, цемента на
10%.
Применение зол и дробленого керамзита в легких бетонах сле­
дует проводить с учетом возможной коррозии арматуры. Иссле­
дования НИИЖБа показали, что сохранность стальной арматуры
предопределяется расходом цемента и количеством органических
остатков в золе.
Минимальным расходом цемента следует считать 220 кг/м^,
что подтверждает и опыт Новосибирска. Количество органических
остатков
10%. Этот показатель должен уточняться в соответствии
с видом исходного угля.
Долголетняя практика, а также исследования, проведенные
ВНИИ железо бетоном и Пензинским ИСИ, подтвердили целесооб­
разность соблюдения следующих требований к золам ТЭС как за­
полнителю легких бетонов:
при использовании буроугольных и торфяных зол допустимое
количество ококсованных остатков топлива может быть до 5%, а
при применении каменноугольных — до 10—15% в зависимости
от петрографического состава и марки исходного угля;
к отрицательным компонентам зол относятся агрегированные
частицы и аморфизованное глинистое вещество, к положитель­
ным —остеклованные частицы. Поэтому остеклованных компонен­
тов должно быть не менее 55%;
показатель удельной поверхности зол должен находиться в пре­
делах 1500-2000 см^/г, при этом количество фракции менее
0,14 мм может доходить до 90%.
В Москве специализируются на выпуске керамзитобетонных
панелей Бескудниковский и Люберецкий комбинаты, которые
в совокупности изготовляют 300 тыс. м^ этих конструкций в
год, Применяются буроугольные золы Каширской и Алексинской
ГРЭС, ППП которых не превышают 3—5%. В последнее время ука­
занные предприятия переходят на использование зол тощих камен­
ных углей.
. Высказывались предложения об уменьшении расхода керам­
зита за счет золы, в связи с тем что для его изготовления затраты
топлива велики ( ~ 108 кг/м^). Фактический оасход керамзита
на Люберецком ДСК-2 .составляет около 1,2 м-* на 1 м^ бетона.
При определенных условиях можно расходовать значительно
меньше керамзита — порядка 0,7 м^/м-% количество же золы
довести до 400 кг/м . Однако эту возможность не всегда удается
реализовать.
Во-первых, с уменьшением расхода керамзита снижается струк­
турная прочность свежеотформованной бетонной смеси, в резуль­
тате чего затрудняется немедленная распалубка (снятие бортовых
элементов) отформованных панелей. По данным ВНИИжелезо-
Рис. 17. Водопоглощение керамзитозолобетона в зависимости от
степени насыщения его керамзи­
том (зола Каширской ГРЭС)
1 — керамзит Лианозовского
комбината; 2 и 3 — керамзит
Бескудниковского комбината
ол ав И9 1 V
Расход керамзита, м3
бетона, структурная прочность бетона при расходе керамзита
1,1 м^/м^ выше, чем бетона при расходе керамзита 0,7 м^/м^.
Во-вторых, по мере увеличения объема золы в бетоне могут
ухудшаться его гидрофизические свойства — водопоглощение,
сорбционная влажность.
На рис. 17 представлено водопоглощение керамзитозолобетона, по данным В.Г. Довжика, на каширской золе и керамзитах
Бескудниковского и Лианозовского заводов в зависимости от
степени насыщения крупным заполнителем. Из рис. 17 следует,
что более высокая степень насыщения керамзитом способствует
снижению водопоглощения.
'
Наблюдаемое явление вызывается повышенной гигроскопич­
ностью золы, поэтому чем больший объем она занимает в бетоне,
тем следует ожидать и большего водопоглощения. Так, М. Венюа
[10] отмечает, что в результате замены части цемента золой ка­
пиллярное водопоглощение бетона повышается примерно на 10—
20% на кажц(ые 10% золы.
М. Кокубу [23] подтверждает наличие в золе полых и агрегиро­
ванных частиц. По его данным,в строении таких частиц следует
различать более плотную наружную оболочку и внутреннее пусто­
телое или поризованное ядро,
ядро. юлицс
Толщина наружной оболочки весьма
изменчива - от 300*10""10 м (300 А ) • до 1/4 диаметра частицы.
Специалисты ПНР отмечают зависимость величины водопогло­
щения от тонкости помола исходного угля и режима его снижения.
Интервал наблюдаемого водопоглощения зол принимается 35—42%.
По показателю водопоглощения можно судить о степени микро­
пористости золы, наличии в ней агрегированных частиц и объеме
адсорбированной влаги.
ПРИМЕНЕНИЕ ЗОЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
КРУПНЫХ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ
Изготовление крупных пористых заполнителей признается наи­
более перспективным направлением в утилизации зол ТЭС, что
объясняется прежде всего достаточно большой золоемкостью
этих материалов, перспективностью с точки зрения эффективности
в охране окружающей среды, возможностью целесообразного соче­
тания глинистого и зольного сырья.
Технологические предпосылки поризации зольного сырья при
нагревании. Имеются три вида обжиговых зольных заполнителей:
аглопоритовый гравий, глинозольный керамзит и зольный гравий.
Обособленно следует рассматривать безобжиговый зольный гра­
вий, для изготовления которого, кроме золы, требуется портланд­
цемент. Пригодность зольного сырья для изготовления пористых
заполнителей предопределяется рядом его показателей: химичес­
ким и минералогическим составами, количеством ококсованных
частиц, степенью плавкости, степенью вспучивания, гранулометри­
ческим составом.
Первые сведения о возможности агломерации зол относятся к
1938 г. С Д . Топорковым в институте ”Механобр” в 1937—1938 гг.
были проведены опыты с использованием зол электростанций. В
дальнейшем опыты были продолжены в ЦНИПСе и в НИИ стройтехнике Академии архитектуры СССР [57]. Неизменным вдох­
новителем и руководителем этих работ был проф. Н.А. Попов.
В пятидесятые годы в НИИ-200 были начаты исследования по
спеканию зол во вращающихся печах. Параллельно в институте
”Уралмеханобр” проводились подобные работы по спеканию
гравия в чашах.
к«;
И.Ф. Коряков под руководством М.Ф. Чебукова для получения
аглопорита провел исследование зол уральских электростанций^].
Наличие в зольном сырье оксидов железа и коксовых частиц
приводит к созданию внутри гранул восстановительной среды,
которая способствует вспучиванию и получению пористой струк­
туры заполнителя. Температура размягчения золы в значительной
степени определяется ее химическим составом, а также газовой
средой, в которой происходит спекание.
По данным А. Жарриже [63], восстановительная атмосфера
снижает температуру плавления золы на 40—50°С. В исследованиях
ВНИИСтрома [7] отмечается даже более значительное снижение
температуры образования жидкой фазы — на 50—100°С.
Температура плавления — это важнейшая характеристика зо­
лы, предопределяющая состав исходной шихты для получения
заполнителя и основные параметры агломерации. В применении к
спеканию зол термин "агломерация” употребляется не только при
использовании агломерационных машин, но и других тепловых аг­
регатов, поскольку зола, однажды подвергнутая воздействию вы­
соких температур, не может вторично "обжигаться”. Считалось,
что она в процессе нагревания не может вспучиваться.
Исследования Г.А. Щербины показали, что в определенных
условиях эффект вспучивания может проявляться достаточно
интенсивно.
При образовании пористой структуры аглопорита может пре­
обладать контактное спекание частиц или усиливаться вспучива­
ние и образование замкнутых сферических пор. В случае исполь­
зования зол, способных вспучиваться, спекание на агломераци*
оннои ленте ухудшается и лучшие результаты достигаются при ис­
пользовании вращающихся печей, в которых образуются окатан­
ные гранулы.
А.С. Панин [38] рекомендует для производства зольного гравия
использовать сырье с содержанием Ре20з не менеее 7%, СаО + М^О
не более 8%, несгоревших частиц не более 10%. В этом случае полу­
чается зольный гравий плотностью 350—500 кг/м-* и прочностью
1—4 МПа. Если же каменноугольные золы содержат Ре20з менее
7%, а СаО +М§0 более 8%, что наблюдается весьма редко, гравий
будет более тяжелым, насыпной плотностью 500—800 кг/м3 и проч­
ностью 4—10 МПа.
Ленточные агломерационные машины — более универсальные
агрегаты, чем вращающиеся печи. На них можно получать аглопорит как окатанной, так и щебневидной формы из зол разнообразного химического состава.
Эффективный способ регулирования состава шихты на всех
этапах технологии, начиная с грануляции, заключается в использо­
вании добавки 15—25% глины и получении таким образом глинозольного аглопорита. Работы в этом направлении [25], [26] пока­
зали, что эффективность введения добавки глины обусловливает­
ся, в первую очередь, снижением температуры спекания шихты на
50—150°. Такие же данные получены в работе [7]. Добавка глины
дает возможность изменять гранулометрический состав зол,
улучшая этим их грануляцию, позволяет регулировать количество
несгоревших частиц в шихте, обеспечивая правильный ход процес­
са спекания.
На основе исследований и получения опытных партий аглопорита на ленточной машине Черепановского кирпичного завода
предложена классификация зольного сырья по температуре его
плавления (табл. 14).
К
Т а б л и ц а 14. Состав аглопорита в зависимости
от характера зольного сырья
Категория
сырья
Т
11
М
Температура
плавления
золы, °С
1200
1200-1400
|1
1400
,
|
I
1
1
I
I
1
1
Рекомендации по Вид аглопорита
введению легко­
плавкой фазы
(глины)
Не требуется
Желательна
Обязательна
Зольный
Зольный или
глинозольный
Глинозольный
В некоторых из европейских стран ведутся работы по созданию I
вертикальных, непрерывно действующих печей для производства
зольного гравия. В Англии, вблизи электростанции Баттерси, были
построены две шахтные печи размером 3x12 м
[64]. Высокий !
тепловой коэффициент полезного действия вертикальной печи
позволяет вести спекание при расходе всего 4—5 % топлива. Это
означает, что золы многих электростанции можно агломерировать
без дополнительного введения угля. Ленточная машина, будучи
открытым горном, требует не менее 7—8 % топлива и дополнитель­
ного расхода его на зажигание шихты сверху. Однако реализовать
отмеченные преимущества не удалось. Основная трудность заклю­
чалась в неравномерном распределении температуры по попереч­
ному сечению печи. В результате часть гранул (вблизи стенок печи)
полностью не обжигалась, а гранулы,расположенные в центральной
части сечения, сплавлялись в глыбы.
Повышенная дисперсность зол способствует более совершенной
грануляции и повышению прочности необожженных гранул — уве­
личивается выход более крупных гранул размером 10—20 мм,
которые требуются в производстве зольного гравия.
Показателем хорошей гранулометрии является пористость
рыхлого материала в уплотненном состоянии. Наименьшая вели­
чина ее (48;1 %) наблюдалась нами у наиболее мелкой красно­
горской золы.
По мере повышения крупности золы она хуже уплотняется при
грануляции. Барабинская зола, несмотря на повышенную круп­
ность, хорошо гранулируется и спекается. Отмеченная особенность
объясняется близким соответствием зернового состава золы опти­
мальным границам гранулометрии.
Обычно в производстве заполнителя гранулометрический состав
и удельная поверхность регулируются помолом золы.
С.Г. Васильков и М Л. Элинзон [7] считают, что получение
гранул зольного гравия нужного размера возможно, если удель­
ная поверхность золы будет не менее 2500 см^/г. При производ­
стве же глинозольного аглопорита величина ее может быть меньше.
Так, удельная поверхность золы Барабинской ГРЭС составляет
2145 см^/г.
•
В ПНР для агломерационных цехов небольшой производитель­
ности сконструирована специальная установка — печь-котел [64].
Ее особенность заключается в совмещении цилиндрической спекательной чаши диаметром 2—2,5 м, имеющей колосниковую решет­
ку, с устанавливаемой на нее насадкой — трубой высотой 1—2 м.
На решетку чаши загружают уголь и опилки, топливо поджигают
и на него подают гранулированную золу слоем 40—50 см. Затем
опускают трубу-насадку. По мере горения в нее загружают золу с
присадкой топлива. Давление воздуха под колосниками поддер­
живается около 2000 Па, удаление газов происходит через трубунасадку.
Преимущество этого метода заключается в большой высоте
спека — до 150 см, что резко повышает съем аглопорита с 1 м*производственной площади по сравнению с чашами периодичес­
кого действия. Строительство таких цехов планировалось при
электростанциях городов Бляховия и Гдыня.
Производство глинозольного керамзита не требует строитель­
ства новых предприятий и оснащения их специальным оборудо­
ванием. В этом состоит основной технико-экономический эффект
глинозольного керамзита по сравнению с технико-экономическим
эффектом рассмотренных выше зольных заполнителей.
Впервые идея о присадке золы ТЭС к глине при производстве
керамзита была высказана С.П. Онацким в 50-е годы [35]. В
дальнейшем исследования были проведены в НИИ керамзите
[2] и позднее Пензенским ИСИ в содружестве с ГлавКузбасстроем.
Щ
Удельную поверхность золы рекомендуется иметь в пределах
1000-3000 см^/г. Исходные компоненты (зола и глина) должны
подаваться в закрытый склад, чтобы обеспечить постоянство
влажности как компонентов, так и требуемой шихты. Поддер­
жание стабильной влажности имеет для качества заполнителей
большое значение.
Кроме рассмотренных термических способов получения за­
полнителя из зольного сырья в Уральском Промстройниипроекте
и МИСИ им. В.В. Куйбышева предложен безобжиговый способ из­
готовления заполнителя. Из известково-зольной смеси (1:3 по
массе) с небольшой добавкой цемента на тарельчатом грануляторе скатывают шарики. После выдержки в течение 14—16 мин
их загружают в пропарочную камеру или автоклав для ускорения
твердения.
Для повышения прочности гранул известково-зольную смесь
рекомендуется приготовлять на бегунах или измельчать золы
вибропомолом. Насыпная плотность получаемых таким способом
гранул составляет 650—730 кг/м^, предел прочности на сжатие
в 120-миллиметровом цилиндре 7,8—11,9 МПа и водопоглощение
до 35 %. На таком заполнителе может
быть изготовлен бетон
маркиМ 150.
Рассмотренный метод изготовления заполнителя не требует
сложных высокотемпературных установок, его можно рекомен­
довать для утилизации тугоплавких зол, например из экибастузского каменного угля.
*
Технологические особенности производства зольных заполни­
телей. Технология зольных заполнителей должна обеспечивать
получение такого материала, качество которого оценивается дву­
мя показателями — прочностью и пористостью. Чем пористость
выше, тем при прочих равных условиях заполнитель считается бо­
лее высокого качества.
'%
1
Образование пористой структуры происходит в два этапа:
во-первых, в процессе грануляции, во-вторых, во-время терми­
ческой обработки. При этом следует учитывать, что с повышением
пористости прочность необожженных гранул так быстро снижает­
ся, что это становится непреодолимым препятствием к их даль­
нейшей поризации.
Сущность первого этапа — грануляции — заключается в сле­
дующем.
Высокодисперсные частицы золы в естественном состоянии раз­
делены вовлеченным воздухом, объем пустот в них составляет
70—75 %. Прочность спека рыхло насыпанной золы будет очень
о.зг
0.3
0.28
И2б
№
гранулы необожженные
0.22
А - гранулы обожженные
0.2
Количество глины в шихте. %
Рис. 18. Влияние количества глины в шихте на прочность обожженных
и необожженных гранул
низкая, газопроницаемость шихты плохая. Поэтому частицы необ­
ходимо сблизить между собой и обеспечить интенсивную цирку­
ляцию газовой среды, что достигается "окатыванием” золы в гра­
нулы.
Плотность и прочность сырых гранул зависит в основном от ко­
личества содержащейся в них воды, а для глинозольного аглопори­
та — и от количества глины. Оптимальная влажность для грануля­
ции обычно оценивается по результатам спекания. Этими показате­
лями являются вертикальная скорость спекания и выход готового
заполнителя. При получении зольного гравия, для которого важна
прочность отдельных гранул, рациональность установленного влагосодержания проверяется испытанием гранул до обжига на раздавли­
вание или прочность при ударе.
Проведенные исследования показали, что прочность отдельных
гранул диаметром 10—20 мм должна находиться в пределах от 700
до 1300 Па.
В зависимости от индивидуальных особенностей зол различных
электростанций влажность шихты колеблется от 28 до 36%. Мень­
шее количество воды вызывает повышенное аэродинамическое
сопротивление и ухудшает спекание. Избыточная влажность приво­
дит к излишней крупности гранул, их малой прочности и переув­
лажнению нижних слоев, прилегающих к колосниковой решетке.
При производстве глинозольного аглопорита для получения
гранул оптимальной прочности, обеспечивающей их транспортиров­
ку и укладку на решетку агломерационной машины, а также спо­
собность выдерживать давление вышележащих слоев, необходима
добавка глины в количестве 5%. Однако при таком содержании
легкоплавкой фазы аЬюпорит не имеет достаточной прочности.
На рис. 18 показано, как изменяется прочность сырых и обож­
женных гранул в зависимости от количества глины в шихте. При
малом количестве глины шихта гранулируется плохо, уплотнение
настолько слабое, что гранулы легко разрушаются. С повышением
количества глины прочность сырых и особенно обожженных гранул
возрастает. Оптимум прочности аглопорита достигается при добав­
ке 22—24 % глины.
Характер влияния глины существенно меняется в зависимости
от того, в каком виде она применяется — в виде шликера или пос­
ле сухого помола (табл. 15).
Т а б л и ц а 15. Влияние введения глины на скорость агломерации
и прочность глинозольного аглопорита
Глина
Шликер
Дробленая круп­
ностью до 3 м
Г азопрошщаомость, м3/ (м- с)
Удельная произво­ Предел прочности
при сжатии аглопо­
дительность,
рита, МПа
м3/ (м *ч)
0,6
0,65
3
0,45
0,5
0,9
Впервые использование дробленой глины при агломерации
зол было предложено Л.Н. Поповым. Этот прием с целью сниже­
ния насыпной плотности аглопорита был использован также нами
совместно с М.В. Балахниным. Последний проверял порошки
глины разной дисперсности.
При большей дисперсности вспучивание шихты увеличивалось,
но при этом закономерно снижались газопроницаемость и удель­
ная производительность.
Состав шихты в обоих случаях был одинаковый: 30% клещихинской глины и 70% золы Новосибирской ТЭЦ-3.
Образование пористой структуры аглопорита может быть схе­
матически представлено следующим образом.
Первым этапом, в интервале 100—300°С, является удаление
влаги и выгорание случайных органических примесей; в резуль­
тате увеличиваются микропористость и газопроницаемость ших­
ты. Контактное спекание начинается при температуре около
1000°С. Оно обусловливается появлением жидкой фазы, образую­
щейся в результате плавления высокожелезистых шариков стек­
ла и аморфизированного глинистого вещества. Содержание жид­
кой фазы на этом этапе невелико, соответственно мала и прочность
заполнителя.
з
Повышение температуры до 1150-1200°С приводит к увели­
чению количества расплава пониженной вязкости. В результате
наблюдается некоторое изменение микроструктуры —поры укруп­
няются, хотя контактный характер их образования остается. При
дальнейшем повышении температуры до 1250-1350°С основная
масса золы превращается в вязкий расплав. Благодаря этому
происходит слияние мелких пор в более крупные с правильной
округлой формой.
По мере повышения количества расплава перегородки между
порами становятся более плотными и прочными. Спекание не сле­
дует проводить в температурном интервале, близком к верхнему
пределу температур (1350°) С, поскольку в этих условиях насту­
пает полное расплавление исходной зольной шихты и разрушение
образовавшейся при более низкой температуре структуры мате­
риала. Последовательное изменение структуры аглопорита, полу­
ченного из одной и той же шихты (80% золы Новосибирской
ТЭЦ-3 и 20% глины), можно видеть на рис. 19.
Второй этап является главным в технологии. Его цель сводит­
ся к необратимому закреплению пористой структуры, образую­
щейся на первом этапе. Поскольку вода является источником кис­
лорода, необходимого для выгорания ококсованных частиц, содер­
жащихся в золе, следует так вести грануляцию и первый этап об­
жига, чтобы в центре гранулы сохранить влагу. Нельзя пересуши­
вать гранулы.
Поризация в процессе спекания в значительной мере зависит
от характера газовой среды. Важным обстоятельством является
то, что на поверхности гранул или в крупных каналах между ними
создается окислительная среда, а внутри гранул — восстановитель-
Рис. 19. Последовательное изменение
микроструктуры глинозольного аг­
лопорита по мере повышения темпе­
ратуры спекания
поверхность, прилегающая к бортам
(слева); центр спека (справа), ниж­
няя часть, прилегающая к колосни­
ковой решетке (внизу)
щ
Рис. 20. Зависимость насыпной плот­
ности зольного гравия и керамзита
от их коэффициента вспучивания
1 — керамзит; 2 — зольный гравий
100
300
500
700
900
1100
Насыпная плотность, кг/м
ная. С этим явлением непосредственно связана вспучиваемость
зольного сырья.
Продолжительное время считалось, что золы электростанций
при нагревании не вспучиваются. Спекание их методом агломера­
ции признавалось поэтому наиболее рациональным. В настоящее
время, исходя из способности зол некоторых электростанций
увеличиваться в объеме при нагревании, применяют и вращающие­
ся печи.
/
• ;
В результате сгорания топлива внутри гранулы химические
и фазовые превращения происходят в диффузионной области.
Недостаток кислорода и скорость его притока лимитируют кине­
тику процесса. А.А. Безверхий показал особое значение глинистой
добавки к золе. Она не только снижает температуру плавления:
при нагревании глинистые минералы подвергаются дегидратации
и отщепляют воду. Последняя же является источником поступле­
ния кислорода, обеспечивая этим сгорание коксовых частиц.
С + Н2О ^ С О + Н2.
В условиях диффузионного режима происходит смещение
момента выделения летучих веществ из коксовых и полукоксовых
частиц в область более высоких температур. Так, выделение ле­
тучих в окислительной среде из слабо обожженного углистого ве­
щества происходит при температуре 350-800°С, а в условиях диф­
фузионного режима оно наблюдается в интервале 1100—1150°С.
Как было показано выше, в этом же интервале интенсивно
накапливается жидкая фаза — расплав. Таким образом, в золах
петрографическая характеристика исходного угля и минералоги­
ческий состав пустой породы предопределяют совпадение темпе­
ратурных интервалов выгорания углерода и образования распла­
ва, происходит вспучивание.
Газовая среда, состоящая из СО, С 0 2, Н2, СН ф способствует
восстановлению Ре20з» По данным Г.А. Щербины, в интервале
1000—1100°С количество закиси железа в шихте возрастает в
1,5—3 раза. Закись железа, являясь сильным плавнем, способ­
ствует образованию низкотемпературной эвтектики и в конечном
итоге вспучиванию зольного сырья. Коэффициент вспучивания
у южноуральских зол в опытах Г.А. Щербины доходил до 4. На
рис. 20 показано, как изменяются насыпная плотность гравия из
золы Челябинской ТЭЦ и керамзита в зависимости от достигну­
того коэффициента вспучивания. Следует отметить, что при равной
степени вспучивания зольный гравий получается более легким.
Объяснить
такой результат можно только микропористостью
частиц самой золы.
Для правильного выбора схемы агломерации имеет значение
количество коксовых остатков, содержащихся в золе. Опыт пока­
зал, что для спекания зол оптимальным является содержание 9 %
горючих веществ, что составляет примерно 2100 КДж на 1 кг
гранул. По нашим данным, теплота сгорания золы ряда углей
Кузбасса и донецкого антрацита имеет теплоту сгорания коксовых
остатков до 6720*10^ кДн^ на 1 кг золы и даже более.
В табл. 16 показано, как изменение глинистого компонента
влияет на качество аглопорита.
Т а б л и ц а 16. Свойства глинозольного аглопорита
в зависимости от плавкости глины
Месторож­ Температура Темпера­ Разрежение, Выход аптотура в
дение глины плавления
Па
псшита,
глины, иС
слое ших­
м ”7 (м2,ч)
ты, °С
Клещихинское
Евсинское
ППП,
%
1146
1220
3430
0,46
5,2
1480
1300
3430
0,58
3
Следует рекомендовать применение легкоплавких зол в качест­
ве добавки к сильно запесоченному глинистому сырью. Этим будут
значительно расширены возможности производства глинистого аг­
лопорита из местного сырья. Нужно иметь в виду, что фактичес­
кое содержание углерода в золе ниже, чем величина ППП. Действи­
тельное количество коксовых остатков по массе может быть полу­
чено умножением величины ППП на коэффициент 0,9.
Виды зольных пористых заполнителей. Аглопорцтовый гравий.
Аглопоритовый гравий является весьма прогрессивным зольным
заполнителем, поскольку в его технологии предусматривается
утилизация тепла от горения ококсованных зольных частиц. Много­
летний и положительный опыт применения метода агломерации в
железнорудной и металлургической промышленности позволяет
успешно решить аналогичные задачи при утилизации зол ТЭС.
Исходя из этого основную часть заполнителей из зол электростан­
ций изготовляют в мировой практике на агломерационных лен­
точных машинах. Это объясняется их высокой производитель­
ностью и возможностью полной механизации всех технологичес­
ких операций. Примером является почти полностью автоматизи­
рованный
завод
Руджели
(Англия)
производительностью
200 тыс.м^ /год заполнителя ”Лайтаг” , обслуживает который
всего 9 рабочих [621.
/?, МПа
з[
а)
во
-
'
___ ______ _____________
60
1
ЬО
*'
2\
Рис. 21. Влияние состава ших­
ты на свойства глинозольного
аглопорита
а — прочность аглопорита; б выход аглопорита; 1 - зола
Барабинской ГРЭС; 2 - зола
Новосибирской
ТЭЦ
(проба
1962 г .); 3 — то же (проба
1959 г.)
1
Первое опытное предпри­
ятие по утилизации котель­
ных шлаков и зол было соз­
дано в Советском Союзе в
6)
1967 г. Агломерационная ус­
0,5
тановка треста Электростальстрой была оснащена ленточ­
\\
г
ной спекательной машиной
ОМ
\ \ г
СМ-427. Непостоянство ис­
ходного
сырья
(котельные
0.3
шлаки слоевого сжигания
X
бурых
углей)
привело
к
про­
0.2
изводству аглопорита на гли­
10
20
30
нистом сырье.
Содержание глины, %
Изменение основных по­
казателей процесса спекания
в зависимости от количества вводимой глины показано на рис. 21.
В пределах проверенных дозировок глина повышает прочность
аглопорита. Однако устанавливать количество глины только по по­
казателям прочности не следует.
^
С повышением количества легкоплавкой фазы неравномер­
ность спекания может увеличиваться. В слое шихты с более вы­
сокой газопроницаемостью температура выше, и топливо горит
интенсивнее. В результате образования крупных пор и каверн
общий
выход
аглопорита
значительно
снижается.
Выход может уменьшаться и за счет недостатка коксовых частиц
при большом разбавлении золы глиной.
Получение аглопоритового гравия проходит через два указан­
ных выше этапа: грануляцию и агломерацию. Первый должен
обеспечить такую газопроницаемость шихты, при которой будет
иметь место интенсивное горение топлива внутри гранулы. Для
этого требуется исходную золу окомковать на тарельчатых грануляторах (диаметром 4,2 м). Плотность и прочность получаемых
в результате этого гранул при прочих равных условиях зависят от
гранулометрического состава зол.
По нашим данным и рекомендациям ВНИИСтрома им. П.П. Буд­
никова, следует использовать золы сухого отбора, поскольку они
обладают более стабильными свойствами, чем гидроудаленные. По­
ложительно то, что по степени дисперсности они удовлетворяют
20
Рис. 22. Схема приготовления шихты дл
глинозольных пористых заполнителей
1 — расходный бункер золы; 2 - расход­
ный бункер добавок; 3 — весовой доза­
тор; 4 - винтовой конвейер; 5 - вода или
увлажняющая добавка; б - смеситель;
7 —тарельчатый гран улятор
требованиям к грануляции. Улучшить грануляцию, а также спека­
ние возможно путем добавления к золе глины (в виде порошка
или шликера) обычно в количестве 10%.
Схема грануляции сухих зол представлена на рис. 22. Если в
качестве сырьевого источника приходится применять грубодис­
персные золы, рекомендуется проводить их предварительный по­
мол. Поскольку большинство тепловых электростанций работает
Рис. 23. Выгорание топлива в
гранулах в зависимости от ха­
рактеристик плавкости сырья
1 — 5 — золы с разным коли­
чеством горючих частиц; 6 деформации гранул при нагрева­
нии
3ш ш ш т
Температурой
с гидравлической системой удаления, рассмотренная выше схема
приготовления гранулированной шихты может быть скорректиро­
вана в требуемом направлении. По такой, например, схеме работа­
ет Днестровский завод в Молдавской ССР.
Зольная суспензия, отбираемая из золопроводов ТЭС, направ­
ляется вначале на .сгущение в радиальные сгустители, куда пода­
ется также глина в количестве 10% массы сухой золы. Глино­
зольная суспензия требуемой консистенции направляется на обез­
воживание в дисковые вакуум-фильтры. Дальнейшее приготовле­
ние шихты идет в соответствии со схемой рис. 25.
Второй этап производства заполнителя проводится на ленте спекательной машины. Для этой цели имеется специальная агломе­
рационная машина СМС-117 производительностью 150 тыс.м3 в год
(22 м /ч). Она предназначена для получения аглопоритового
гравия. Кроме нее имеется машина СМ-961 для аглопоритового
щебня. Теория процесса агломерации зол разработана во
ВНИИСтроме им. П.П. Будникова С.Г. Васильковым и М.П. Элинзоном [7] ,[57]. Основные положения ее заключаются в следующем.
Перемещение фронта горения происходит сверху вниз, посколь­
ку разрежение создается под агломерационной лентой. Поэтому,
рассматривая спекание отдельной гранулы, следует констатиро­
вать, что вначале происходит сушка, а затем прогрев ее горячими
газами, отходящими из расположенной выше зоны горения. Горе­
ние содержащегося в грануле топлива может начаться в тот мо­
мент, когда температура их поверхности достигнет температуры
воспламенения топлива. Дальнейший нагрев гранул происходит
как за счет теплоотдачи от просасываемого через слой горяче­
го газа, так и за счет тепла, выделяющегося при горении топ­
лива, находящегося в гранулах.
При этом максимальная температура внутри гранул на
80—100°С превышает температуру объема шихты, находящейся
в том же месте на агломерационной ленте. С учетом отмеченного
повышения температуры внутри гранулы снижается интенсивность
выгорания топлива из-за образования жидкой фазы. При исполь­
зовании зол средней плавкости это происходит при 1100—1200°С,
а полное прекращение процесса горения — при 1200—1300°С
(рис. 23). [7].
Аглопоритобый граби а
Рис. 25. Диаграмма химического
состава зол, пригодных для про­
изводства глинозольного керам­
зита
По мёре повышения температуры наблюдается и возрастание
усадки гранулы до тех пор, пока не образуется достаточное для
вспучивания количество расплава.
В том же температурном интервале, находящемся между
температурами начала деформации и размягчения, происходит
постепенное ослабление процесса горения (см. рис. 23). Таким об­
разом, знание температур плавкости зольного сырья позволяет
устанавливать оптимальный режим спекания.
На рис. 24 приводится технологическая схема получения аглопоритового гравия из золььуноса, разработанная ВНИИСтромом
им. П4П. Будникова,
Положительными особенностями этой схемы, подтверждаемы*
ми соответствующим' производственным опытом, являются сни­
жение расхода технологического топлива на 20-30%, возможность
спекания при разрежении 1,5—2 кПа, что ниже рекомендованного
ранее, и увеличение вертикальной скорости спекания, в результа*
те чего удельная производительность может быть повышена до
1,5 раза.
Кроме этого положительным является и то, что на аглопоритовом гравии окатанной формы получают более экономичные
бетоны с меньшим расходом цемента,
Глинозольный керамзит. Использовать золу ТЭС в производ­
стве керамзита целесообразно в двух случаях. Когда количество
золы составляет 10—30%, ее следует рассматривать как добавку к
глине. Когда количество золы превышает 50%, она является основ­
ным компонентом сырьевой смеси. Особенно эффективно исполь­
зовать золы ТЭС для*производства глинозольного керамзита в тех
случаях, когда запасы глинистого сырья в карьерах керамзитовых
заводов ограничены, а золоотвалы располагаются вблизи.
Исходя из исследований, выполненных НИИкерамзитом [2], тре­
бования к химическому составу золы отражены на рис. 25. При
этом в отличие от технологии аглопоритового гравия, которая
предусматривает возможность использования как сухой, так и
гидроудаленной золы, при производстве керамзита следует ориен- .
тироваться на золы только гидроотвалов. Это объясняется тем, что,
если для агломерации количество глины не превышает 10%,
ее
можно вводить в шихту в виде шликера или порошка, в резуль­
тате чего достигается хорошая гомогенизация приготовляемой
сырьевой смеси.
Иное положение наблюдается при изготовлении керамзита,
когда количество глины повышается до 30 и более 50%. В этом
случае сухую золу не удается равномерно распределить в вязкой
массе сырой глины, даже при интенсивном и длительном переме­
шивании шихты.
Производство глинозольного керамзита освоено на несколь­
ких предприятиях, к их числу относятся Дубровский, НижнеТагильский и Алексинский заводы. Имеется положительный опыт
изготовления и применения в крупноразмерных конструкциях
глинозольного керамзита на заводе железобетонных изделий в
Кемерове. Таким образом, рассматриваемое производство может
успешно функционировать на уже действующих предприятиях, ко­
торые располагают опытными кадрами, сырьевой базой и необхо­
димыми транспортными средствами.
В то же время переход на изготовление глинозольного керам­
зита вместо обычного глиняного позволяет иметь более высокие
технико-экономические показатели производства. К их числу
относятся экономия топлива (так, на Дубровском заводе эконо­
мия мазута составляет 46 кг на 1 м^ керамзита, или 32%), сокра­
щение территории, отводимой под карьеры глины, утилизация
более дешевого, загрязняющего окружающую среду сырья.
Новое производство может успешно функционировать лишь при
выполнении определенных требований, предъявляемых к сырью.
Рассмотрим роль каждого компонента при сочетании в паре
[64]. Роль золы сводится к наличию в ней готового стекла, не
имеющего температурных аномалий при переходе расплава в твер­
дое состояние; готовых, чистых от примесей кристаллов муллита
З А ^ О з ^ З Ю ? , являющихся центрами кристаллизации при форми­
ровании черепка керамзита; энергетического потенциала, состоя­
щего из ококсованных частиц; органической фазы, которая в ря­
де случаев может способствовать вспучиванию глинистого сырья;
зола, являющаяся обычно более тугоплавким компонентом, спо­
собствует повышению температуры обжига, что в свою очередь
вызывает упрочнение керамзита.
Роль глины сводится к обеспечению связанности частиц зол
в гранулах до обжига; образованию расплава в определенном тем­
пературном интервале; созданию устойчивого источника кисло­
рода, выделяющегося в результате дегидратации глинистых мине­
ралов и обеспечивающего выгорание ококсованных частиц.
Изменение соотношения между золой и глиной позволяет ре­
гулировать следующие технологические параметры производства
керамзита: интервал плавкости, что идентично расширению интер­
вала вспучивания. Так, в Кемерове у используемой для производ­
ства керамзита глины малый интервал вспучивания — от 30 до 50°С.
У шихты глинозольного керамзита (золы 15%, глины 85%) за счет
образования легкоплавких эвтектик он был расширен до 80°С.
Рис. 26. Технологическая схема производства зольного гравия
/ — ящичный подаватель; 2 - контактно-су шильный барабан; 3 — шаровая
мельница; 4 — тарельчатый гранулятор; 5 — барабанное сушило; 6 — печь
спекания; 7 — холодильник; 8 — классификатор; 9 — бункер готовой про­
дукции; 10 — узел приготовления сульфитно-дрожжевой бражки; 11 — ды­
м осос
7М
Указанная выше дозировка золы (15%) установлена исходя из
максимальной вязкости расплава, при которой наблюдались макси­
мальная степень вспучивания сырья; степень кристаллизации че­
репка гранул за счет наличия в золах муллита; повышение степени
восстановления окиси железа за счет активного взаимодействия
ококсованных частиц золы с кислородом и создания восстанови­
тельной среды внутри гранул, что способствует снижению темпе­
ратуры образования расплава.
В результате сочетания золы с глиной может быть достигнута
оптимизация технологии производства в двух направлениях:
повышение прочности гранул за счет увеличения (по сравнению
с глиной) содержания в шихте глинозема и наличия в золе разви­
тых кристаллов муллита. По нашим данным,в глинистом керам­
зите муллит кристаллизуется весьма слабо;
повышение степени вспучивания глинистого сырья. Однако
этот эффект менее характерен, поскольку ряд зол не обладает
способностью вспучивания. На предприятиях, изготовляющих гли­
нозольный керамзит, золой заменяется от 15 до 50% глины.
Таким образом, можно сделать вывод, что производство глино­
зольного керамзита обеспечивает эффективную утилизацию зол
ТЭС. Однако не всякая пара зола—глина может служить сырьевой
базой для этого производства.
Зольный гравий. Зольный гравий, как и керамзит, получают во
вращающейся печи, но в отличие от последнего тепловой агрегат
не требуется столь большой длины (на керамзитовых заводах
обычно работают 40-метровые печи). Для зольного гравия реко­
мендуется прямоточная печь длиной до 20 м.
Производство зольного гравия освоено на Каширском заводе
железобетонных изделий № 3. Зола с гидороотвала поступает в
сушильный барабан, в который подаются отходящие из печи горя­
чие газы; после кратковременной сушки она транспортируется
в бункер сухой золы, а из него —в шаровую мельницу, где измель­
чается до удельной поверхности 2,5—3,1 т ы с.см ^/г (рис. 26). Под­
сушенная зола из бункера питателем дозируется в тарельчатый
гранулятор, где она смачивается водным раствором СДБ и окаты­
ваются гранулы. Для упрочнения сырые гранулы подсушивают во
втором сушильном барабане, после чего подают во вращающую­
ся печь, где обжигают при температуре 1050—1200°С. Гранулы
охлаждают до 50—100°С в холодильнике, а затем направляют на
фракционирование и на склад.
Такая технология позволяет получать заполнитель, в основ­
ном состоящий из 60% гранул размером 10—20 мм и около 30%
фракции 20—40 мм при незначительном количестве мелочи — от
7 до 15 %.
Первоначально считалось, что количество ококсованных остат­
ков топлива может доходить в золе до 10 %. Однако освоение
производства зольного гравия на предприятиях, выстроенных
в Николаеве и Дзержинске, не подтвердило эту регламентацию.
Сейчас считают, что количество остатков топлива не может пре­
вышать 3%. Выполнение этого требования значительно сужает
сырьевую базу для производства зольного гравия, и технология
его изготовления должна быть доработана.
Свойства пористых заполнителей из зольного сырья. Свойства
пористых заполнителей из зольного сырья контролируются и оце­
ниваются в соответствии с ГОСТ 11991-83 ”Щебень и песок аглопоритовый. Технические условия” , ГОСТ 9759-83 "Гравий и пе­
сок керамзитовые. Технические условия” .
Однако необходимо учитывать, что аглопоритовый гравий при
испытании в цилиндре обычно показывает прочность на две мар­
ки ниже, чем керамзитовый гравий, в то время как бетоны на
этих заполнителях имеют равную прочность. Эта особенность аг­
лопоритового гравия связана с повышенной пористостью его по­
верхностной оболочки. В результате этого цементная суспензия
проникает в нее на большую глубину, чем керамзита. По данным
ВНИИСтрома им. П.П. Будникова, глубина проникания цемент­
ной суспензии в зерно аглопоритового гравия достигает 200 мкм,
в то время как у керамзитового гравия она составляет не более
30 мкм. Чем глубже цементируется оболочка, тем в большей сте­
пени упрочняется зерно заполнителя (табл.17) [271.
Таблица
17. Свойства различных видов зольных заполнителей
Наименование
Зольный гравий
фракций, мм
5-10
Насыпная плот­
ность, кг/м**
10-20
Аглопоритовый
гравий фракций, мм
5-10
10-20
Безобжи говый золь­
ный гравий
фракций
5—30 мм
Наименование Зольный гравий
фракций, мм
5—10
Плотность зерен,
кг/м3
Водопоглошение
за 48 ч по мас­
се, %
Прочность в ци­
линдре, МПа
^
Аглопоритовый
гравий фракций, мм
Безобжи говый золь­
ный гравий
фракций
5—30 мм
10-20
5-10
415
435
1400
1320
1800
17
13,8
17
18
7
0,62
0,55
3,5
3,0
5,0
"|
10-20
Приведенные в табл. 17 данные характеризуют пробы заполни­
телей, отобранные на Каширском заводе железобетонных изде­
лий № 3, на Днестровском заводе и на опытной установке энерготехпрома. Сопоставление этих данных показывает, что аглопоритовый и безобжиговый гравий соответствуют требованиям к за­
полнителям для конструкционных бетонов, а зольный гравий для теплоизоляционных и
конструкционно-теплоизоляционных
бетонов.
. .
Гидравлическая активность зольных заполнителей. Стекло­
видный характер фазового состава глинистого аглопорита отмеча­
ется в ряде исследований [39], [41], однако в результате силь­
ной запесоченности исходного сырья количество стекла в нем не
превышает 50%. Иную характеристику имеет глинозольный и
зольный аглопорит. Минералогический состав производственных
партий глинозольного аглопорита приведен в табл. 18.
Т а б л и ц а 18. Минералогический состав глинозольного аглопорита
Сырье для
Фазовый состав, % относительно площади шлифа
глинозоль­
1
ного агло­ пористое микров том числе в стекле
порита
стекло поры
из золы
муллит | магнетит
гематит
кварц
_ «м»_ •_ Новоси­
65,2
34,7
5-10
0,5—20
До 1
0,5—1,5
бирской
ТЭЦ-3
72,4
27,6
4-7
10-15
До 1
1-3
Барабинской ГРЭС
Согласно петрографическому анализу, преобладающей фазой
глинозольного аглопорита является пористое стекло, в которое
вкраплены кристаллические составляющие, главным образом
магнетит и муллит. Подавляющее число пор размером 0,5 — 1 мм
имеет четко выраженный сферический или овальный контур.
При контактном спекании образование правильных контуров
пор маловероятно. Поэтому их наличие в микрошлифах следует
объяснить пористостью частиц самой золы и поризацией расплава,
образующегося из низкоплавких глинистых компонентов.
Вещества, составляющие зольный аглопорит, можно условно
разбить на три группы:
дегидратированное и аморфизованное глинистое вещество;
стекловидное вещество;
оплавленные и диспергированные частички кварца.
Интенсивность гидравлической активности этих групп различ­
на и зависит от тепловлажностных условий их твердения. Из дан­
ных ряда работ [9], [57] следует, что аморфизованное глинистое
вещество и некоторые виды стекла более интенсивно твердеют в
пропарочных камерах, чем при автоклавной обработке.
В работе [57] показано, что кремнезем глинистого аглопорита
растворяется в 4—6 раз интенсивнее, чем кремнезем кварцевого
песка. Начало его растворимости наблюдается в температурном ин­
тервале до 100°С, в то время как кремнезем кварцевого песка при
этой температуре практически не растворяется. Отсюда и более
высокая гидравлическая активность аглопорита. В итоге его взаи­
модействие с известью с образованием низкоосновных гидросили­
катов протекает при более низких температурах, т.е. на первом
этапе автоклавной обработки и даже в пропарочной камере. Эти
выводы, сформулированные дня глинистого аглопорита, можно
распространить и на глинозольный.
Заслуживает внимания и то, что глинозольный аглопорит имеет
более высокую гидравлическую активность, чем исходная зола. На
рис. 2.7 показана кинетика поглощения извести и гипса в суспен­
зиях, приготовленных на взаимонасыщенномизвестково-гипсовом
растворе и выдержанных при комнатной температуре. Как вид­
но, аглопорит за 7 и 28 сут значительно больше поглощает извести,
чем зола. Например, за 7 сут разница в поглощении составляет
1,6 раза. Однако через 180 сут эти показатели для аглопорита и
золы становятся почти равными.
Анализ продуктов твердения известково-аглопоритового вяжу­
щего (80% аглопорита, 20% извести, 3 % гипса) подтверждает
потенциальную гидравлическую активность зольных заполнителей.
Рис. 27. Кинетика поглощения
при известково-гипсовой активи­
зации
1, 2 - поглощение СаО соот­
ветственно аглопоритом и зо­
лой Новосибирской ТЭЦ; 3, 4 —
тоже, 5 0 з
Рис. 28. Скопление волокнистых гидратов, образующихся при
твердении известково-аглопоритового вяжущего
По данным ДТА, твердение при 90°С способствует?интенсивному
образованию гидросульфоалюминатов, наблюдается •начало обра­
зования гидрогранатов и тонковолокнистых гидросиликатов. При
автоклавной обработке усиливается выщелачивание активных
З 1О 2 и А12О 3 , уменьшается количество свободной извести в ре­
зультате формирования гидрогранатов, тонковолокнистых гидро­
силикатов и, что особенно важно, тоберморитовой фазы.
Электронно-микроскопические фотографии новообразований
из водных суспензий вяжущего наглядно иллюстрируют характер­
ные скопления тонковолокнистых гидросиликатов и гидроалюми­
натов. На рис. 28 показана войлокообразная структура новообразо­
ваний из чрезвычайно тонких (менее 0,1 мкм) новообразовании;
в средней части сростка, они уплотнены, а по краям имеют, рыхлую
структуру, в которой должно быть иммобилизовано значительное
количество полусвязанной воды. Приведенная фотография по­
лучена на препарате известково-аглопоритового вяжущего, сус­
пензия которого длительное время (90 сут) была выдержана при
комнатной температуре. Тепловлажностная обработка, применя­
емая в практике, усиливая кристаллизационную фазу новообра­
зований, не исключает тонковолокнистую структуру затвердев­
шего вяжущего. В этом мы видим одну из причин высокой моро­
зостойкости аглопоритобетонов.
Таким образом, на зольном аглопорите можно организовать
производство легких бесцементных автоклавных бетонов. Вяжу­
щим для этих бетонов может быть продукт совместного помола
извести с отходами агломерации или с кварцевым песком.
В комплексном использовании зол следует предусматривать
различные варианты тепловлажностной обработки легких бетонов.
необходимо при этом рационально использовать скрытые возмож­
ности экономии цемента. Последние будут реализованы, если на­
ряду с автоклавными силикатными и ячеистыми бетонами будет
развиваться производство автоклавных бетонов на пористых
заполнителях [41].
Г л а в а 5. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ НА РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ
ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ
И ПОПУТНЫХ ПРОДУКТАХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
КЕРАМЗИТОЗОЛОБЕТОН ДЛЯ НАРУЖНЫХ СТЕНОВЫХ ПАНЕЛЕЙ
Наиболее совершенной конструкцией современных жилых
и общественных зданий считается такая, в которой легкие бетоны
находят комплексное применение. Для всех несущих конструкций
рекомендуются бетоны с плотностью более 1000 кг/мг и маркой
по прочности более М 150, а для ограждающих — ячеистые золобетоны, плотность которых меньше 800 кг/м^ и соответственно
прочность 3,5—7,5 МПа. Эти бетоны могут быть получены как с
пропариванием, так и при автоклавном твердении.
В золе содержится значительное количество частиц пористого
строения. Их плотность, как отмечалось выше, составляет от 1,9
до 2,08 г/см3 при среднем значении истинной плотности 2,3 г/см^.
Расчеты показывают, что пористость таких частиц находится в
пределах 10—20 %.
* ^
Приведенный показатель хуже, чем у пористых песков, одна­
ко значительно лучше, чем у кварцевого песка. Поэтому в резуль­
тате применения золы вместо кварцевого песка плотность 1 м^
бетона снижается примерно на 200 кг. Вместе с тем коэффициент
термического сопротивления материала повышается.
Применение золы в качестве мелкого заполнителя ведет к
улучшению и формовочных свойств керамзитобетонной смеси.
Она лучше уплотняется, не расслаивается и обеспечивает сохране­
ние формы при немедленной распалубке. В результате отмеченных
особенностей зола может быть хорошим мелким заполнителем
для легких бетонов на керамзите или аглопорите. Объясняется это
ее малой • истинной плотностью, хорошей водоудерживающей
способностью, высокой дисперсностью, что приводит к тонкой
обмазке пористых зерен заполнителя.
Малый размер открытых капилляров (составляющий десятые
доли микрона) приводит к тому, что обратная диффузия влаги в
зольные частицы, происходит весьма замедленно. Этим объясняет­
ся длительность процесса высыхания золобетонов.
В то же время микропористость золы имеет свою позитивную
особенность, с которой связана возможность интенсивного тепло­
вого прогрева керамзитозолобетона при температуре 120—140°С без
снижения его конечной прочности. Постепенное и длительное
поступление влаги из золы в цементный камень обеспечивает про­
цесс гидратации в сухой высокотемпературной среде.
Рассмотренная положительная особенность керамзитозолобето­
на успешно используется при прогреве изделий в щелевидных
камерах на Бескудниковском и Люберецком ДСК Москвы.
Применение золы в качестве мелкого заполнителя для легких
бетонов регламентируется техническими условиями (ТУ 21-31-45-82)
” Золы теплоэлектростанций в качестве мелкого заполнителя
керамзитобетона марок 35—200 для ограждающих и несущих
конструкций”.
ТУ отмечают важность соблюдения определенного грануломет­
рического состава золы, обеспечивающего получение долговеч­
ного и морозостойкого керамзитобетона.
Основным критерием, позволяющим решить вопрос о рацио­
нальной гранулометрии цементозольных смесей, является их
удельная поверхность. Если удельная поверхность золы не пре­
вышает 2 2 0 0 см^/г, ее можно применять без корректирующих
зерновой состав добавок. Для зол с удельной поверхностью, более
2 2 0 0 см^/г, а таких большинство, требуется улучшение грануло­
метрического состава путем смешения с кварцевым или дробле­
ным керамзитовым песком. Оптимальное соотношение между
золой и песком рекомендуется принимать, руководствуясь
диаграммой на рис. 43.
Количество золы в качестве добавки к цементам в тяжелых
бетонах (ТУ 344014—74) не превышает 20, реже 30% по массе
цемента. В керамзитобетоне зола часто применяется не как до­
бавка, а в качестве мелкого заполнителя. В этом случае масса
золы превышает массу цемента или соразмерна ей.
Учитывая это обстоятельство, а также необходимость исполь­
зования в малоэтажном строительстве бетонов пониженных ма­
рок, с небольшим расходом цемента, ТУ 21-33-1-73 ставят опре­
деленные ограничения по минимальному расходу клинкерного
вяиооцего. При активности цемента не мейее 400 его расход на
1 м-* бетона должен быть не менее 2 0 0 кг/мг.
В настоящее время керамзитозолобетонные панели применяют
при строительстве 9-этажных зданий, а в Москве и при большей
их высоте. Для подобных зданий требуется бетон значительно
более высокой прочности — марки 150—200 и соответственно с
гораздо более высоким расходом цемента. В этих случаях, осо­
бенно при использовании дисперсных зол с удельной поверхностью
более 2 2 0 0 см 2/г, обязательна корректировка на гранулометри­
ческий состав кварцевым песком или иными крупнозернистыми
добавками.
Рис. 29. Конвейерная линия для изготовления керамзитозолобетонных стено*
вых панелей на Московском ДСК-2
I — передаточная тележка; 2 — поддон-вагонетка; 3 — растворо укладчик
нижнего слоя; 4 — вибропогрузочная машина; 5 - пост чистки и смазки ва­
гонеток; б — съемная бортоснастка; 7 — керамзитобетоноукладчик; 8 —
раствороукладчик верхнего слоя; 9 - форкамера; 10 - обгонный путь;
I I — посты доводки перед тепловой обработкой; 12 — щелевая камера с
ТЭНами; 13 — платформа-весы; 14 — пост снятия изделий с поддона; 15 —
передаточная тележка; 16 — тележка для комплектующих материалов;
77- линия доводки; 18 —самоходная тележка
В ряде случаев препятствием к использованию зол в качестве
мелкого заполнителя являются содержащиеся в них органические
остатки. Многолетняя практика строительства из керамзитозоло­
бетонных панелей подтверждает высказываемое ранее соображение
о том, что опасна не сама по себе органическая фаза, а та форма,
в которой она присутствует в золе. Если зола образовалась при
сжигании длиннопламенных и газовых углей марок Д и Г, в кото­
рых имеется высокое содержание летучих У (40 — 45%) и кисло­
рода 0 ( 10- 20 %), то в исходном топливе и несгоревших остат­
ках преобладает вигрениг (до 80-90 %).
Если же электростанция работает на тощих углях марок Т, ПС,
ПЖ или антраците, в которых количество летучих не превышает
10—15%, а кислорода 3—5 %, следует ожидать, что в несгоревших
остатках будет преобладать первично окисленный фюзенит.
Рассмотрим многолетний опыт применения керамзитозолобетона в строительстве Москвы и Новосибирска. Целесообразно
сопоставить достигнутые результаты исходя из того, что в Москве
используется зола гидроудаления в основном бурых углей, а в
Новосибирске — летучая зола сухого отбора от тощих углей. Соот­
ветственно величина ППП для новосибирских зол значительно
выше, чем для московских. Она составляет около 15%. Конструк­
ция наружных стеновых панелей в этих городах также различная*
Керамзитозолобетон используется в строительстве Москвы
начиная с 1958 г. При этом в качестве мелкого заполнителя приме­
няется зола Каширской и Новомосковской ТЭЦ, частично Алек­
синской ТЭС, работающих на бурых подмосковных углях. Лег­
кие бетоны с золой ТЭС применяются на пяти предприятиях: на
комбинатах железобетонных изделий и конструкций № 2 и 24,
на заводах железобетонных изделий № 10 и 21 и на Лосиноостров­
ском заводе строительных материалов и конструкций.
Зола из гидроотвалов характеризуется величиной ППП в пре­
делах 2—3,5 %. Содержание серы в пересчете на ЗО 3 порядка 1%.
Конвейерная линия для производства керамзитозолобетонных
панелей с немедленной распалубкой на КЖБ-2 спроектирована
конструкторско-технологическим бюро Главмоспромстройматериалов и ВНИИЖелезобетоном (рис. 29) под руководством
И.Г. Сарапина.
Золошлаковая смесь подается с гидроотвала вагонами-хопперами на открытый склад комбината №2 , где бульдозером подгребает­
ся к бункеру и далее по транспортерной галереее подается в бетоно­
смесительный цех. Зола и керамзит дозируются объемно-весовым
способом. Вначале взвешивается 0,8 м^ керамзита, затем к нему
добавляется и дополнительно отвешивается требуемое количество
золы (что позволяет учитывать ее влажность). В зимний период
работать с гидроудаляемой золой затруднительно, она смерзается,
точно соблюдать заданную дозировку невозможно. Поэтому
5 —6 -месячный запас золы заготавливается в летний период.
Применение жестких керамзитобетонных смесей, пространствен­
ных каркасов, интенсивного уплотнения с использованием вибропригруза, обеспечивающего давление 5000 Па (вибропригрузочный
щит подается на пост формования самоходной тележкой, уста­
новленной на эстакаде), позволяет приступить к распалубке пане­
лей сразу же после формования. Бортовая оснастка приводится
в движение гидравлическими цилиндрами. Вначале открывают
торцовые, а затем продольные борта. Для открывания каждой
пары бортов требуется 8—10 с. Применение пневматического
привода позволяет сократить продолжительность этой операции
до 4—5 с. Состав бетонной смеси на 1 м ^ марки 100: 225 кг порт­
ландцемента марки 400; 0,9—0,95 м^ керамзитового гравия
фракции 5—20 мм марок 500—600; 0,37—0,42 м^ золы Новомос­
ковской или Каширской ТЭЦ с плотностью 950 кг/м^; 240—260 л
воды.
Конвейерная линия оборудована 3 унифицированными поддонами-вагонетками, имеющими съемные проемо- и фаскообразователи. На поддоне можно формовать панели разных размеров,
но не более 6200x3600 мм в плане. Поддоны-вагонетки возвраща­
ются по обгонному пути, который используется также для ряда
подготовительных операций: очистки и смазки поддонов, расклад­
ки ковровой керамики на поддоны, установки оконных блоков
и проемообразователей.
После чистки и смазки на поддон устанавливают раму окон­
ного проема. Раму закрепляют между двумя металлическими
проемообразователями, которые не только образуют откосы
оконного проема, но и фиксируют положение рамы, а также предо­
храняют ее от загрязнения и увлажнения при формовании. Затем
укладывают коврики размером 40x50 см из керамической глази­
рованной и неглазированной йлитки, наклеенной на бумажную
основу, а также стекло мозаичной цветной плитки. Дальнейшие опе­
рации (формование, уплотнение, твердение) проводятся на основ­
ной линии конвейера.
Раствороукладчик верхнего и нижнего слоя укладывает раствор
подвижностью 5—6 см (по конусу СтройЦНИЛа) на поверхность
керамической плитки. Затем устанавливают объемный арматур­
ный каркас, собираемый на кондукторе. Вагонетки передвигают­
ся на пост укладки керамзитобетонной смеси, который оборудо­
ван машиной для формования изделий с немедленной распалуб­
кой. Выдвижные продольные и поперечные борта машины, сдви­
гающиеся с помощью гидравлического привода, дают возможность
изменять размеры формуемых изделий.
Керамзитобетонную смесь уплотняют на виброплощадке с при­
менением вибропригруза так, чтобы до верха бортовых элементов
оставалось около 2 м. В это пространство укладывают слой раство­
ра, который заглаживают затирочным валиком. Немедленно после
укладки верхнего растворного слоя изделие распалубливают и ваго­
нетку передвигают в камеру предварительной тепловой обработки,
где панели выдерживают при температуре 40—50°С
в течение
1—1,5 ч. За это время достигается критическая прочность керамзитобетона, при которой возможно проводить последующий более интен­
сивный прогрев; растворный же слой приобретает прбчность,
достаточную для его окончательной обработки, отделки оконных
откосов.
Дальнейшая тепловая обработка стеновых панелей проходит
в
щелевой камере
с
трубчатыми электронагревателями
(ТЭНами), которые расположены со всех сторон изделия (над
верхней их поверхностью, сбоку и под вагонетками). Температу­
ра в камере поддерживается 120—130°С. За 7 ч прогрева керамзитобетон достигает необходимой отпускной прочности.
На этой конвейерной линии универсальный бетоноукладчик,
раствороукладчик и вибропригрузочный щит перемещаются по
специальной эстакаде, а не по направляющим на уровне пола цеха.
Такая компоновка оборудования удобна тем, что не затемняется
рабочее место и хорошо просматриваются все механизмы с пуль­
та управления, к постам формовки можно подходить со всех сто­
рон.
Конвейерную линию обслуживает бригада из восьми формовщи­
ков. Проектная производительность конвейерной линии 150 тыс.м^
стеновых панелей в год.
Рассмотренная технология изготовления изделий с немедленной
распалубкой позволяет сократить численность рабочих на 30%,
металлоемкость форм на 40%.
На Бескудниковском комбинате строительных материалов
стеновые панели изготовшнот из поризованного керамзитобетона плотностью 1000 кг/м^. Для снижения объема вовлекаемого
воздуха в качестве мелкого заполнителя используется смесь
золы Каширской ТЭЦ с мелкими отсевами керамзитового гравия.
Опыт новосибирских предприятий отличается от опыта москов­
ских двумя важными особенностями: применением золы и возмож-
ностью использовать золу с повышенным содержанием несгорев­
ших остатков.
*
В 1964 г. в Новосибирске были разработаны и утверждены
для системы Главзапсибстроя "Технологические правила” изготов­
ления наружных стеновых панелей из керамзитозолобетона. Панели
изготовлялись 3-слойные, толщиной 30 см с теплоизоляционным
внутренним слоем из полужестких минераловатных плит толщи­
ной 8 см. Первоначально использовалась марка керамзитозолобето­
на 75 для 5-этажных жилых зданий, затем началось строительство
9-этажных зданий и марка повысилась до 100—150.
Отбор сухой зоны проводился на Новосибирской ТЭЦ-3, рабо­
тающей на тощих каменных углях Кузбасса. В связи с преобла­
данием в ококсованных частицах фюзенизированных ингредиентов
в Новосибирске допускалось применение золы с величиной ППП до
15%. Одновременно с этим ограничивалось содержание в золе аг­
регированных частиц до 30% по объему.
Зола уноса ТЭЦ-3 относится к мелким, она имеет 3 =
— 3000—2800 см^/г, что, в свою очередь, вызывает необходимость
корректировки ее гранулометрического состава. Для обеспечения
требуемой морозостойкости керамзитобетона, а также предотвра­
щения коррозии арматуры до 30% золы заменялось керамзитовым
песком, расход цемента принят 2 2 0 кг/м^.
Перевозка золы с ТЭЦ-3 на ДСК-1 выполнялась автоцементово­
зами грузоподъемностью 7 т, машина загружается в течение 15—20
мин. При расстоянии между объектами 10-12 км стоимость пере­
возки составляет 1 р. 23 к. за 1 т.
Для хранения золы использован типовой склад цемента с желе­
зобетонными круглыми емкостями. Из цементовоза по вертикаль­
ной трубе диаметром 75 мм зола ТЭЦ поступает на склад. В ниж­
ней части подающей трубы врезан штуцер, куда подается сжатый
воздух из магистрали для быстрой разгрузки цементовоза и про­
дувания подающей трубы. Разгрузка одного цементовоза объемом
8—9 м^ производится около 10 мин. Комплексная механизация при
погрузке, выгрузке и транспортировании золы позволяет надежно
обеспечить ею домостроительный комбинат.
Зола подается в бетоносмесительное отделение (надбункерная часть) пневмотранспортом с помощью двух пневмовинтовых
насосов (один постоянно в работе, второй запасной). Расстояние
подачи 150 м по горизонтали и 20 м по вертикали. Сравнивая
ее с подачей цемента, нужно отметить, что пневмотранспорт золы
происходит с меньшим расходом воздуха, поскольку она легче
цемента. Уплотнения и слеживания золы в емкости, даже при хра­
нении в течение 1,5 мес, не наблюдалось.
В конце пневмотранспорта воздух и зола в циклоне надбункерного отделения разделяются. Зола поступает в секцию цементного
бункера. Схема разгрузки, подачи и дозирования золы в бетоно­
смесительном цехе комбината представлена на рис. 30.
В НИИЖБ проведены исследования прочностных и деформативных свойств керамзитозолобетона. За исходные материалы были
Рис. 30. Схема разгрузки, подачи и дозировки золы на ДСК-1 в Новоси­
бирске
I — автоцементовоз; 2 — разгрузочная труба; 3 — силос для золы; 4 —
пневмо струйный насос; 5 - сжатый воздух; 6 — пневмозолопровод; 7 —
циклон; 8 - рукавный фильтр; 9 — вентилятор; 10 — расходный бункер;
I I — шнек 250 мм; 12 —задвижка; 13 —дозировочные весы; 14 — перекид­
ной клапан; 15 - подающие шнеки; 16 — течки
приняты буроугольные золы Алексинской и Каширской ТЭС и
каменноугольные золы Яйвинской и Волгоградской ТЭС, а также
керамзит Бескудниковского завода фракций 5—20 мм, прочностью
2,2—2,3 МПа. Отличались золы между собой степенью дисперснос­
ти. Их цельная поверхность соответствовала показателю 5 =•
=3,100 см^/г для Алексинской ТЭЦ и 5*= 650 см^/г для Волгоград­
ской ТЭС.
Проверялся бетон марок М 150 и М 200. Установлено, что проч­
ность керамзитозолобетона с мелким заполнителем из смеси
кварцевого песка с золой выше прочности такого же бетона, при­
готовленного на одной золе. Прочностные и деформативные свой­
ства бетона даны в табл. 19, приведенные показатели расположены
по мере снижения дисперсности золы.
Т а б л и ц а 19. Прочностные и деформативные свойства керамзитозолобе ТОНОВ
Зола электро­
станции
Алексинская
Каширская
Яйвинская
Волгоградская
:
Средняя
ж
плотность
в возрасте
в сухом сое- ^ 28 сут, МПа
ТОЯНИИ, кг/м |
у ___ _
980
5
1080
8
1320
21,1
20,1
1380
1630
19,7
/*сж
Модуль уп­
ругости при
= 0% Ш
1
1
0,87
0,77
0,85
5 300
6 500
11 300
4дй
ННВ
12 800
Начальный модуль упругости керамзитозолобетона марок
150—200 на 10—15% ниже, чем подобных бетонов на кварцевом
песке. Величина у садки в возрасте 100 сут составила 0,75—0,8 мм/м.
Мера ползучести при б — 0,3 достигает (0,53—0,84) 10— что соот­
ветствует мере ползучести керамзитозолобетонов плотной струк­
туры.
Сопоставляя приведенные данные с результатом аналогичных
исследований М.М. Танакова на золе Южно-Кузбасской ГРЭС,
закономерно констатировать, что прочностные и деформативные
свойства бетонов не связаны с количеством ококсованных частиц
(величиной ППП). Несмотря на то, что в золе Южно-Кузбасской
ГРЭС ППП доходят до 15%, свойства бетонов существенно не ме­
няются.
Важно другое — количество золы в 1 м^ бетона. По нашим
данным, если оно превышает 250—300 кг на 1 м , наблюдается
снижение модуля упругости и ухудшение прочностных свойств
за счет наличия пористых частиц в золе.
Положительный опыт применения керамзитозолобетона в строи­
тельстве побудил ряд организаций разработать аналогичную тех­
нологию для изготовления стеновых панелей: из шлаковой пемзы
в сочетании с золой и гранулированным доменным шлаком (До­
нецк); из гравиевидной шлаковой пемзы и золы (Нижний Тагил)
из керамзита и золы Добротворской и Бурштынской ГРЭС, рабо­
тающих на угле Волынского бассейна (Львов)..
БЕТОНЫ И КОНСТРУКЦИИ НА ГЛИНОЗОЛЬНОМ КЕРАМЗИТЕ
Изменяя состав глинозольной шихты, можно получить керам­
зит разного назначения. Как следует из табл. 20, в зависимости от 5
свойств сочетающихся глинистого компонента и золы ТЭС, насып­
ная плотность заполнителя изменяется в широких пределах. Если
для глинозольного керамзита Верхне-Тагильского завода она рав­
на 440 кг/м**, то для Кемеровского завода железобетонных изде­
лий № 1 насыпная плотность повышается до 770 кг/м .
Глинозольный керамзит Верхне-Тагильского завода применял­
ся для однослойных стеновых панелей. Бетон марки М 50—М 100
при использовании в качестве мелкого заполнителя золы гидроот­
валов характеризуется свойствами, приведенными в табл. 2 1 .
Работа в Кемерове по освоению производства плит из легких
бетонов на пролет размером 3x18 и 3x24 м проводилась в поряд­
ке творческого содружества Главкузбасстроя и Пензенского ИСИ
начиная с 1977 г. Положительный итог, достигнутый в результа­
те такого содружества, позволил впервые в Советском Союзе
освоить изготовление ответственных конструкций промышленных
зданий из глинозольного керамзита.
Цикл работ осуществлялся в соответствии с проектами ЦНИИпромзданий и НИИЖБа для пролетов 18 и 24 м. Указанные про­
екты выполнены для конструкций из тяжелого бетона и стерж­
невой арматуры классов А-1У, А-У. Поэтому использование их
Т а б л и ц а 20. Свойства глинозольного керамзита в зависимости
от состава применяемой шихты
Предприя­
тие
Зола
Шихта
Свойства заполнителя
насыпная плотность прочность в одо погло­
плотность в куске, в цилинд­ щение, %
кг/м**
* кг/м*3
ре, МПа
по массе
ВерхнеТагиль­
ский за­
вод
Каменно- Глина
угольная кирпичзола Верх- ная 50% +
не-Тагиль- + зола 50%*
ской
+ соляро­
ГРЭС
вое масло
440
880
1,9
940
3,5-4,5
900
4,7
45
1- 2%
Дубровс­ Торфяная Глина
600—650
кий завод зола
КембрийГРЭС 8 Ле-ская 70% +
нинграда + зола тор­
фяная 30%
Кемеровс­ Каменно- Глина
720-770
кий за­
угольная кирпичная
зола Пра­ 80% + зола
вод
вобереж­ Правобе­
ной ГРЭС режной
ГРЭС 20%
15,2-18,8
в Кемерове для изготовления плит из легкого бетона на пролет
стало возможным только после улучшения качества выпускаемого
в Кемерове
керамзита, что было достигнуто подшихтовкой в
глину золы местной ТЭЦ в количестве 20% (отработка техноло­
гии нового вида заполнителя началась в 1975 г. при участии НИИ ке­
рамзита. Полученный таким образом керамзит имел прочность в
стандартном цилиндре диаметром 150 мм не менее 5 МПа и насып­
ную плотность 700 кг/м-*. Вместо стержневой арматуры были
применены канаты, имеющие более низкий модуль упругости,
что, однако, не повлияло на величину прогиба плиты.
Для увеличения жесткости плиты требовалось запроектировать
состав бетона с максимальным модулем упругости при мини­
мальной ползучести. Проведенные исследования показали, что для
сближения упругих характеристик растворной части ^раст и зерен
заполнителя 5зап можно заменить проектную марку керамзито­
бетона 400 на марку 300. При этом модуль упругости бетона
принятой марки был повышен на 20% по сравнению с норматив­
ным, а именно Е » 21,9-10^ МПа вместо ^ Норм ~ 18,5-10-^ МПа.
Отмеченные позитивные результаты достигнуты в результате
использования более прочного глинозольного керамзита и выдер­
живания показателя
^ паст/ ^ зап в пределах 1,8—2,6 (табл. 22,
рис. 31) [19].
ч Р
Для Кемеровской обл. характерен высокий уровень снеговой
нагрузки (ГУ и У снеговые районы), в связи с чем минималъ-
в?
яI § 2
гч
о
•о
•"Э*
ЧО
гч
С\
гч
гч
со
гч"
сч
со
со
СО
|й |
о
00
гч
оо
е
2
■
т
я
о И>*1
________
о
2
оооо
я огч и
СП
| |с г&&
5
о
керамзите и золе Верхне-Тагильской ГРЭС
21. Свойства бетона на глинозольном
Таблица
«о
с[
о
в
04
СО
—• гч
4>
н
X
со
X
я
»*
о
сс
6
о еЬ
с СО
X
с;
04
Й
<
и
н оо
Я
о XО
си
О
X с *
н с; о х
о со « х
«/-> \
о
Я
Ю
О
сг
и
X
2
о
«о
»о
со
IД IО
Я
2
о
о.
ю
V
н
о
ю
и
5
X сч
2 I
о
§
5
С.
и
н
ев
П
О
X
О
а
СХ
и
X
--
55 I
Ч
О
л®
&7
X «о
>»
*
00
со
е
о
ев
§С
гг
о
о.
в
6*
В-вяГ
а
с
о
ев
н
X
о
X
я
X
0
4
N
0
ГЧ О
гч тг
О
Н
со >>
со
гч оч
гч гч
II
1
■
1
1
1
1
о
«о
!
2
о
о
со
о
со
43*
1/1 г*- о
оо оч оч
ЧО
сч
10
г-«
СО
СО
»о
Т}со
04
чО
ОЧ
Оч
сч со
о\ 0 4
о
»о
о
«о
о
о
V)
«о
о
00
в’
о
V)
«о
гч
со
т
>4
ЕЙ,
о х
«* 5
Л
Я
О
н
X
X
\о
гч
а|
с2
§§&
(6
ю
ев
>4
Р
О ев
а
вг
*
ев
X
со
о
|
§
^
2 и
О Д
X
и
св
ев
2
со
X
о.
С
со
н
цО *
л
се
Л
>*2
X
о
X
о
е:
о
к
ев
2
5
ев о
Я Я е:
V
из о Н
о
н
ев о Я
яю я
.1 .
№
н
5ГО
3© 5
#1
„
гч
гч
ев
а*
X
с;
ю
я
О *ч
Я М
Рис. 32. Стенд для изготовления плит 3x18 м
с А > У ^ № о ВГ ° М 3аВ° Де желез°бетонных кон-
ная м арк а керам зи тобетон а для плиты
3x24 м принята 350. Д ля нее отнош ение
\^ Л 2 ^ П вьщ ерж ивалось в пределах
Н а упругие характери сти ки бетона вли­
яет не только соотн ош ен и е
//Г
н о и степень насы щ ения к е рам зи т ом ’
О бы чно керам зи тобетон столь вы сокой
м арк и изготовл яется с коэф ф и ц и ен т ом
насы щ ения не более 0 ,4 , что вызывает
значительные пластические д еф орм ац и и
повы ш ает м е ру ползучести и расх од цемента.
В К ем ерове на зав од е ж елезобетонны х изделий № 1 плиты
” ;*гот° влялись " ° стендовой технологии р и с. 32. Степень насыщекрупноест°ьНа. Г м Г 3« ТОМ принималась 0 ,4 - 0 ,5 ; его предельная
^
• В результате удал ось дополнительно снизить
м ассу каждой плиты на 0 ,6 т.
Д ля собл ю дения требуемой степени уплотнения бетонной смег;™ Дкои п оверхн ост и полки плиты при ф ор м ов ан и и применял ен^е 20 П а
РИГРУЭ“
М’ обесп ечиваю щ их удельное дав-
П рим енение в и б роп ри г ру за
п озвол и л о значительно повы сить
плотность и м одуль уп ругости бетона сжатой зон ы полки и ребер.
Рис. 33. Монтаж плит 3x18 м при строительстве базы УМТК ГлавКузбасстроя в Кемерове
что положительно сказалось на общей жесткости конструкции;
в процессе тепловлажностной обработки открытая поверхность
полки плит покрывалась слоем пергамина, в результате чего исклю­
чалось интенсивное испарение свободной влаги из бетона, снизи­
лись усадочные и температурные напряжения и, как следствие,
уменьшилась трещиноватость бетона полки.
Испытание плит 3x18 м контрольной нагрузкой по несущей
способности, жесткости и трещиностойкости дало положительные
результаты, что позволило применить их при строительстве базы
УМТК ГлавКузбасстроя (рис. 33). В результате трудозатраты на
монтаже (по сравнению с конструкцией из типовых плит 6 и 12 м)
уменьшились на 30%, масса конструкции на 20%, расход бетона
на 5—10%, стали на 8—10%.
Изготовление плит на пролет 24 м проведено на базе дальнейше­
го совершенствования технологии. С учетом возрастающей доли
постоянной нагрузки от собственной массы конструкции увели­
ченного пролета. Отрабатывались составы, в которых мелкий за­
полнитель в виде кварцевого песка был заменен доменным шла­
ком Кузнецкого металлургического комбината с модулем круп­
ности 2,7.
Поскольку конструкции на пролет 24 м являются опытными и
стенда для их изготовления еще не имеется, все технологические
операции проводились в силовой форме.
Принятое композиционное сочетание пористых заполнителей
не традиционно. Требовалось поэтому провести дополнительные
исследования физико-механических характеристик бетона и его
растворной составляющей.
Испытывались следующие составы раствора: на кварцевом
песке, на смеси кварцевого песка с добавлением 25, 50, 70% по
объему гранулированного доменного шлака, на гранулированном
шлаке. Соотношение цемент — заполнитель составляло 1:1.
Эксперимент показал, что частичная или полная замена квар­
цевого песка на гранулированный шлак практически не сказыва­
ется на прочности раствора, что, видимо, явилось следствием их
близкого гранулометрического состава, однако плотность раство­
ра уменьшается на 50—80 кг/м^. Для изготовления плит был
спроектирован состав керамзитобетона на 1 м^: портландцемент
500—580 кг; глинозольный керамзит (7 ,-. — 700 кг/м^,
=
= 4,5 МПа, фракций 5—15 мм) — 620 кг; гранулированный домен­
ный шлак — 420 кг; вода — 260 л. Положительной особенностью
этого состава является максимально возможное сближение вели­
чин модулей упругости растворной составляющей и керамзита,
характеризуемое отношением Ер «ст/ ^зап — 2,3, что предопреде­
лило хорошие упругие качества бетона, его малую ползучесть и
повышенный нижний предел микроразрушений при сжатии.
Физико-механические характеристики керамзитошлакобетона 400:
Призменная прочность, МПа . . . ...........................................................30
Начальный модуль упругости 2Г*10 , МПа................................................. 20,3
Предельные деформации при сжатии, мм/м:
продольные........................... ..............................................................2,1
поперечные......................................................
.................................0,6
Удельная ползучесть в возрасте 240 сут, М П а*10°.................................0,59
Нижний уровень образования микротрещ ин.........................................0*54
Указанные данные позволяют положительно оценить предложен­
ную замену тяжелого кварцевого песка гранулированным домен­
ным шлаком. Последнее подтверждается высоким модулем упру­
гости, малой ползучестью и относительно высоким уровнем микротрещинообразования.
Уплотнение бетонной смеси продольных ребер плит производи­
лось с помощью навесных вибраторов и виброиглой. При бетони­
ровании полки применили виброгруз в виде щита 3x6 м с установ­
ленными на нем вибраторами. Удельное давление пригруза на бе­
тонную смесь составляла 0,0016 МПа.
Тепловая обработка плит производилась при температуре изотермии 65—70°С по режиму 6 + 3 + 14 ч + естественное остывание.
Прочность бетона на момент обжатия преднапряженной арматурой
составляла 36 МПа.
Опытные данные, представленные в табл. 24, показали доста­
точную жесткость и трещиностойкость плит, причем опытные
значения прогибов продольных ребер в обоих случаях оказались
ниже расчетных. Мы полагаем, что это достигнуто применением
вибропригруза при бетонировании полки плит, в результате чего
бетон сжатой зоны имел повышенную плотность, упругость и
прочность.
Сцепление предварительно напряженной арматуры (канатов)
с керамзитошлакобетоном надежное. Так, в момент разрушения
плит № 1 и 2 проскальзывание арматуры составляло 0,02 и 0,06 мм
соответственно, что меньше допустимого по ГОСТ 8829—77
(0,1 мм). Разрушение обоих плит произошло по нормальной
трещине вблизи расчетного сечения на расстоянии 9,6 . . . 9,8 м
от опор.
В целом испытанные конструкции отвечают требованиям СНиП
11-21-75 и ТУ 67-463 (для плит 3x24 м) и ТУ 67-464-83 (на плиты
3x18 м) по прочности, жесткости и трещиностойкости (табл. 24).
Экономический эффект от применения плит 3x24 м составил
30 тыс. руб. Изготовление и испытание плит покрытия типа П из
керамзитошлакобетона, армированных канатами, является первым
подобным опытом в нашей стране.
Т а б л и ц а 23. Результаты испытания П-образных плит 3x24 м
из глинозольного керамзита и гранулированного шлака
Номер Проч­ Плот­
плиты ность ности
бетона кг/мЗ
плиты
на день
испы­
тания,
МПа
Нагрузка, вызы­
вающая образо­
валиелрещин,
кН/м2^
Прогиб продоль­
ных ребер при
|
контрольной на­
/^Рйсч
грузке, см
расчет­
ная
опыт­
ная
расчет­ опыт­
ная
ная
Разру­
шаю­
щая на­
грузка,
кН/м
1
39
1810
2,5
2,5
9,7
8,2
1,5
6,3
2
41
1820
2,5
3,02
9,7
7,19
1,9
8
БЕТОНЫ И КОНСТРУКЦИИ
НА ЗОЛЬНОМ АГЛОПОРИТОВОМ ГРАВИИ
В современных условиях строительства комплексное исполь­
зование зол предусматривает применение для ограждающих и несу­
щих конструкций здания различных материалов, но получаемых
на базе одного и того же зольного сырья. При этом бетоны на базе
пористых заполнителей имеют плотность, превышающую 1200 кг/
/м3, в связи с чем применяются в несущих конструкциях. Ограж­
дающие же конструкции (конструктивно-теплоизоляционные бе­
тоны) рационально изготовлять из ячеистых золобетонов.
Легкие бесцеметные бетоны на зольном аглопорите. Автоклав­
ные легкие бетоны могут быть получены на известковом вяжу­
щем разного состава, а именно: с использованием отходов агломе­
рации, кварцевого песка и, наконец, их сочетания..
На глинозольном аглопорите, полученном на ленточной машине
Черепановского кирпичного завода, бьши изготовлены три соста-
Рис. 34. Прочность авто­
клавного аглопоритобетона
в зависимости от расхода
вяжущего с 20% извести
Расход Вяжущего; кг/м 1
ва автоклавного бетона. В опытах использовался заполнитель
двух фракций: 2,5—10 и 10—20 мм при соотношении их по объему
1:1.Мелкийзаполнитель не применяли, поскольку его роль выполня­
ло известково-аглопоритовое вяжущее. Последнее было получено
помолом отходов агломерации с известью-кипелкой и гипсом
до удельной поверхности 3000-3500 см^/г. Известь была взята
в количестве 10, 20 и 30%; гипс для всех составов применялся
в количестве 3%. Режим автоклавной обработки: 3 + 6 + 3 ч при
8 Па (рис. 34).
Полученные данные свидетельствуют о высокой прочности бе­
тона с расходом извести до 120 кг/м3 и вяжущего до 600 кг/м3.
Несмотря на кажущийся большой расход смешанного вяжущего,
для получения бетона марки 200 требуется только 120 кг/м3 из­
вести и 18 кг/м3 гипса. Остальное количество вяжущего представ­
ляет собой измельченную мелкую фракцию заполнителя. Приве­
денные на графике величины прочности легкого бетона в зависи­
мости от расхода смешанного вяжущего соответствуют результа­
там, полученным в работах [9], [22], [41] для бетона на керамзи­
те марки 700 Лианозовского комбината и вяжущем из топливных
гранулированных шлаков.
Для правильной оценки рассматриваемых данных необходимо
учитывать и то, что бетон на глинозольном аглопорите марки 200
получен без применения кварцевого песка. Это весьма важное
обстоятельство, поскольку конструктивные легкие бетоны, т.е.
бетоны от марки 200 и выше, обычно получают на клинкерном
вяжущем только в том случае, когда используется прочный мел­
кий заполнитель. В качестве последнего во всей мировой практи­
ке применяется кварцевый песок [29].
Приведенные доводы можно считать убедительными с точки
зрения обоснования эффективности применяемого бетона и малого
расхода для него извести. Приходится, однако, считаться с допол­
нительными затратами на помол аглопоритового вяжущего. Умень­
шение этих затрат может быть достигнуто, если часть молотого
_
%°
чо
о
гм
г-
о
о
о
СО
*н
сот
00
о
о
о
0,15
о■
*
да О
Т а б л и ц а 24. Свойства бетонов на глинозольном аглопорите
оч
о
см
00 «лГ
N
С*
N
0
«о
«о
со
со
см
V» со чо
О с
со
*
*
*
см со
гН »н
гсм
«о
*“Н
«о
со
»н
00
«о
о о\
о\ со
«/■>
чо
«о
«н
1550
см
см
О
о
о
о
о
см со
о
со
*н
см
а)
О
ЛЯ
Я §о
X
Н
о
О с
&
®
со о
2о
5
и
о
52 Я со
о
«и
*
*
О
О
Н
Н
6
и
о
н
о
*
о
св
0
3
со
с;
о
со
О
н
со
I!
5 с 3
в* в>
ЯтГ
си»—
* 9
Вг %
с; *
«3
6а
а о>
о О'
а
н
о
е
о
а>
*
о
н
о
*
О
н
1358
2
20,4
>
»
о
е
в
сии а
1
со
Е.мпа
-
I
'
Рис. 35. Модуль упругости в зависимости от марки аглопоритобетона
1 - экспериментальные данные; 2 - требования СНиП
11-21-75
аглопорита заменить немолотой золой. При этом потребуется
установить оптимальное количество извести для получения бето­
на наибольшей прочности.
В табл. 24 сопоставляются свойства трех видов автоклавного
аглопорита: без мелкого заполнителя с расходом 600 кг/м^ вяжу­
щего, с золой в качестве мелкого заполнителя и расходом
300 кг/м^ вяжущего и пропаренного бетона с расходом 300 кг/м^
портландцемента и 300 кт/мг мелкой фракции (< 2,5 мм) дроб­
леного аглопорита.
Приведенные в табл. 24 данные свидетельствуют о высокой
эффективности автоклавного бетона на глинозольном аглопорите
и вяжущем, содержащем 20% извести-кипелки. Этот бетон имеет
марку М 200 и наиболее высокий коэффициент конструктивного
качества.
Сопоставление двух видов бетона — на высокосортном портландцементе и бесклинкерном вяжущем — показывает их равноI ценность по прочностным характеристикам. По экономическим же
показателям последний стоит гораздо выше, поскольку для его
изготовления вместо 300 кг портландцемента требуется только
120 кг извести.
I
I
I
|
I
Упругие характеристики исследуемого бетона были сняты на
образцах размером 10x10x40 см при напряжениях сжатия до
0 — 0,7/? раз. Несмотря на значительное превышение напряжений
.против нормативных, полученные значения модуля упругости
соответствуют требованиям СНиП 11-21-75 (рис. 35).
Прочность при растяжении определяли на образцах 10x1 Ох 10 см
по способу раскалывания. Полученные величины приведены в
табл. 25. Для сопоставления даны показатели для мелкозернисто­
го силикатного и обычного бетона.
Как видно из этой таблицы, показатели прочности мелкозер­
нистого силикатного бетона и аглопоритобетона равноценны. Они
Т а б л и ц а 25. Предел прочности при растяжении
автоклавного бетона на глинозольном аглопорите
Показатель
Предел проч­
ности при рас­
тяжении. МПа.
* р а с ^ сж
Аглопоритобетон на вяжущем с
содержанием извести, %
10
20
30
1,23
2,08
2,2
1/10,3
1/10,8
1/10,1
Обычный Мелкозернис­
бетон по тый силикат­
НиТУ
ный бетон
123-55
1/11
1/11
соответствуют нормативными требованиям для обычного бетона на
клинкерном вяжущем (НиТУ 123-55). В то же время полученная
нами прочность при растяжении выше соответствующих показа­
телейдля керамзитобетона.
Показатели водопоглощения двух видов аглопоритобетона —
без мелкой фракции заполнителя (вяжущего 600 кт/мг) и с золой,
заменяющей 300 кг вяжущего, соответственно составляют 18,2
и 27,5% по массе (вяжущее с 20% извести).
Водопоглощение бетонов на вяжущем с 20% извести не пре­
вышает 24% по объему. По свидетельству [29], [48], это соот­
ветствует требованиям стандарта США на легкобетонные стеновые
камни, изготовленные с применением цемента.
Бетоны, в которых часть молотого аглопорита заменена золой
(см. табл. 24), имеют значительно худшие показатели по водопоглощению и морозостойкости. Для
их улучшения требуются
специальные исследования.
Аглопоритобетоны, если количество извести находится в преде­
лах 120—180 к г / м г , что соответствует расходу вяжущего 600 кг/м-*,
имеют хорошую морозостойкость. После 50 циклов заморажива­
ния прочность бетона на вяжущем с 20% извести снижается только
на 2%, а на вяжущем с 30% извести после испытания на морозо­
стойкость прочность повышается. Подтверждается высокая моро­
зостойкость легких бетонов, если их водопоглощение не превы­
шает 20-22%.
Усадку исследовали на образцах 10x10x30 см с базой измере­
ния 200 мм. Образцы хранили при температуре 18°С и влажности
воздуха 45%. Ползучесть определяли на призмах 10x10x40 см,
которые после автоклавной обработки выдерживали до испытания
в лаборатории 28 сут. Результаты опытов представлены на рис. 36.
Усадка составила 0,15—0,3 мм/м, ползучесть 0,13—0,26 мм/м при
нагрузке, соответствующей напряжению 6 = 0,25/?раз. Эти показа­
тели характеризуют автоклавный аглопоритобетон как эффектив­
ный конструктивный материал.
Автоклавные аглопоритобетоны могут быть изготовлены и на
известково-силикатном вяжущем. Исследования таких бетонов
на глинозольном аглопорите выполнены А.И. Кротовым под руко­
водством автора.
20
<*0
60
вО
100
120
М
160
180
Время, сит
6)
0,3
*
N
* 0.2
*
СЗ
0.1
1
бремя,сит
Рис. 36. Зависимость ползучести (а) и усадки (б) автоклавного аглопор итобетона от содержания извести
1,2, 3 — содержание извести соответственно 10, 20 и 30$Г
Для изготовления бетона использовали аглопорит, полученный
в чашах периодического действия и на ленточной машине. В ка­
честве вяжущего применяли тонкомолотую смесь кварцевого
песка (обского) и извести-кипелки (17—23%) удельной поверх­
ностью 4000—4200 см^/г. Режим автоклавной обработки — 3 + 8 +
+ 3 ч при 8 Па (изб.).
В процессе исследования была поставлена задача получить
на указанных исходных материалах максимально возможную
прочность бетона. Эта задача была успешно решена, поскольку
в отдельных опытах достигнутая прочность соответствовала марке
бетона М 400.
При всех видах аглопоритобетона закономерно, что, чем выше
требуемая прочность, тем большую долю должен составлять мелко­
зернистый заполнитель. В высокопрочных бетонах его объем
доходит до 50% всего количества заполнителя. Положительной
особенностью аглопоритобетонов является то, что с увеличением
доли мелкого пористого заполнителя истинная плотность их воз­
растает в гораздо меньшей степени, чем керамзитобетона. Поэто-
#сж, МПа
Кр, МПа
Рис. 37. Прочность аглопоритобегона в
сопоставлении с прочностью силикатного
камня и контактного слоя в зависимоети от содержания СаО в вяжущем
1 -у прочность силикатного камня; 2 —
адгезия силикатного камня к заполните­
лю; 3 — прочность автоклавного аглопоритобетона
5 10 15 20 25 50 СаО.%
му в отличие от керамзитосиликатного бетона аналогичные бето­
ны на глинозольном аглопорите имеют более высокие коэффи­
циенты конструктивного качества (на 10—15%).
Значительное количество мелкой фракции аглопорита, исполь­
зуемое в бетоне, поризует силикатный камень. Прочность раствор­
ной части и бетона в целом снижается, однако снижение прочности
менее значительно, чем снижение средней плотности. В результате
коэффициент конструктивного качества силикатного бетона
на глинозольном аглопорите имеет более высокое значение (0,25 —
0,29), чем бетонов на других пористых заполнителях, например
керамзите. Эффективность повышения доли мелкой фракции
объясняется также тем, что разница в пористости глинозольного
аглопорита мелких и крупных фракций (в зерне) не столь значи­
тельна, как у керамзита. В силу меньшей плотности силикатного
камня влияние расхода вяжущего на среднюю плотность легких
силикатных бетонов менее значительно, чем на среднюю плот­
ность аналогичных цементных бетонов.
Сопротивление аглопоритобетона растягивающим напряжениям
находится в прямой зависимости от силы сцепления силикатного
камня с заполнителем. Потеря сплошности конгломерата насту­
пает при одновременном разрыве силикатного камня и пористого
заполнителя, что является результатом значительного увеличения
предельной растяжимости аглопоритовых зерен за счет их адгези­
онного обжатия в силикатной обойме.
Для получения оптимальной прочности силикатного камня и
максимальной прочности аглопоритобетона расход извести раз­
личный. Высокая гидравлическая активность аглопорита при авто­
клавной обработке вызывает необходимость повышения коли­
чества извести в составе силикатного вяжущего (рис. 37).
Наибольшая адгезия и максимальная прочность бетона дости­
гаются при одной и той же активности силикатного вяжущего,
прочность же самого силикатного камня — при другой, меньшей
активности вяжущего, иначе говоря, меньшем расходе довести.
Максимальная прочность бетона при данном зерновом составе
заполнителя достигается повышением на 3—5% количества извести
сверх оптимального содержания ее в силикатном вяжущем (табл
26).
Т а б л и ц а 26. Свойства легких конструктивных
на глинозольном аглопорите
и силикатном вяжущем (средние данные)
Основные данные
Марка бетона
М 200
Плотность (в сухом состоянии), кг/м^
Предел прочности при сжатии, МПа
Призменная прочность, МПа
Модуль упругости при б- 0,2/?^
Предел прочности, МПа:
при изгибе
” осевом растяжении
Усадка, мм/м
Характеристика ползучести ^пд/^ул
Морозостойкость, циклы
Коэффициент конструктивного качества
|
1
М 300
1390
23,1
1$
121 000
1500
36,1
30
197 000
2,2
1,3
0,5
0,55
100
0,17
4,5
2,7
0,12
0,43 •
100-150
0,26
Предел прочности на растяжение при изгибе этого бетона на
18—21 % выше соответствующих нормативных показателей для
тяжелых бетонов. Модуль упругости на 25—30 % выше предусмот­
ренных СНиП Н-21-75 для легких бетонов на цементе. Так, напри­
мер, для цементного легкого бетона марки М 300 Вг = (189 .
...2 0 6 )1 (Р .
с
Бетоны на глинозольном аглопорите менее деформативны,
чем на керамзите, глинистом аглопорите и шлаковой пемзе. Пол­
зучесть бетона на глинозольном аглопорите невелика и обычно
составляет половину абсолютных значений деформаций ползу­
чести цементных бетонов равной прочности.
Цементные бетоны и конструкции на зольном аглопоритовом
гравии. Аглопоритовый гравий, получаемый путем спекания золь­
ного сырья на агломерационных машинах, пригоден для изготов­
ления разнообразных легких бетонов марок М 35 — М 400.
По аналогии с керамзитовым гравием (ГОСТ 9757—83) установ­
лены семь марок зольного заполнителя по прочности, определя­
емой сдавливанием в цилиндре (от 1 до 3 МПа), и соответствую­
щие им показатели прочности зерен пористого заполнителя при
испытании в бетоне. Исходя из этих показателей устанавливается
проектная марка легкого бетона (табл. 27).
Впервые в Советском Союзе производственный опыт изготов­
ления и применения бетонов в преднапряженных конструкциях
на аглопоритовом гравии был осуществлен в г. Фрунзе.
Опытное производство аглопоритового гравия проводилось
на горно-обогатительном комбинате железных руд (СоколовскоСарбайский комбинат, г. Рудный Кустанайской обл.), а затем про-
Т а б л и ц а 27. Рекомендуемая прочность аглопор итового гравия в за висимости от требуемой марки легкого бетона
Проектная
марка легко­
го бетона
М 35
Требуемая 1П25-П75
мар ка. агло­
поритового
гравия по
прочности
М 50
П35-П125
М 75
М 100
М 150
П50—П150 П75-П250 П75-П250
Продол* сение табл. 27
Проектная
марка легко­
го бетона
Требуемая
марка аглоПОрИТОВОГО
гравия по
прочности
М 200
М 250
м зоо
М 350
М 400
П100-П250 П125-П300 П150-П350 П200-П350 П250-П350
/
г
«
Л
•:->
, .
А
/
/
должалось на экспериментальном предприятии Минэнерго СССР
в Люберцах, где основным агрегатом является модернизированная
агломерационная машина конструкции Оргтехдтрома Минстройматериалов БССР производительностью 40 тыс. м^/год.
В 1980 г. был введен в эксплуатацию Днестровский завод аглопоритового гравия. В результате его работы в строительство посту­
пает зольный пористый заполнитель двух фракций: 5—20 и
20—40 мм с насыпной плотностью 700—800 кг/м^ и прочностью
в цилиндре 2 — 4 МПа.
Опытно-производственные партии заполнителя из зол ряда
электростанций: Иркутской ТЭЦ-1, Фрунзенской ТЭЦ, Троицкой
ТЭЦ и Череповецкой ГРЭС проверены в бетонах разного назначе­
ния. При этом установлено, что зерна аглопоритового гравия не
имеют уплотненной, более прочной оболочки, чем у керамзита.
В связи с этим при равной насыпной плотности они показыва­
ют несколько меньшую прочность, что объясняется не только от­
сутствием оболочки, но и более крупной пористостью аглопори­
тового гравия, статистический средний диаметр пор которого
предопределяет его прочностные свойства. При этом не наблюда­
ется снижения прочности бетона при нормативных расходах це­
мента по сравнению с расходами керамзитобетона. Аглопоритовый гравий, как и другие искусственные заполнители с открытой
пористостью (глинистый аглопорит), упрочняется в бетоне. В ре­
зультате кольматации, выражающейся в заполнении поверхностных
пор продуктами взаимодействия цементного клинкера с водой
и мельчайшими зернами, поверхностный слой уплотняется и упроч­
няется.
Высказывается мнеш.е, что коллоидные растворы гидроалю­
минатов и гидросиликатов, реагируя с кремнекислотой, выде­
ляющейся в результате гидролиза стеклофазы зольного аглопорита,
повышают степень упрочнения. За счет кольматации у зольного
аглопорита она выше, чем у керамзита. Плотность высушенного
бетона должна соответствовать показателям, приведенным в
табл. 28.
Т а б л и ц а 28. Плотность высушенного бетона
на аглопоритовом гравии из золы ТЭС
Насыпная плотность
аглопоритового
гравия, кг/м*
Плотность бетона, кг/м^, при его проектной
марке
М100-М250
I| М300-М400
при мелком заполнителе (песке)
пористом
кварцевом +
♦пористом
кварцевом
500
1100
1400
1500
600
1200
1500
1600
700
1300
1600
1700
800
1400
1700
1800
Средняя плотность бетона после пропаривания принимается
на 150 кг больше указанного в табл. 28.
Из данных табл. 28 следует, что область применения аглопоритового гравия — конструкционный и лишь частично теплоизо­
ляционно-конструкционный бетон. Получение бетона требуемой
плотности выполняется при условии, если плотность самого запол­
нителя не превышает 500—800 кг/м^, при этом прочность в ци­
линдре должна быть соответственно 1,5—4 МПа. Потери массы при
прокаливании, указывающие количество оставшихся ококсованных частиц, не должны быть более 3%.
А.А. Кудрявцевым и Ю.М. Романовым [27] в НИИЖБе прове­
дены исследования легких бетонов на разных видах зольных за­
полнителей — зольном аглопоритовом гравии, зольном гравии и
безобжиговом зольном гравии. Необходимо учитывать, что в от­
личие от ранее полученных показателей для аглопоритового гра­
вия приводимые результаты характеризуют не опытную, а произ­
водственную партию заполнителя.
На рис. 38 сопоставляется средняя плотность бетонов в зависи­
мости от их марки по прочности. Из рис. 40 видно, что существен­
но изменяется плотность в пределах 800-2000 кг/м* лишь у бето­
нов на зольном гравии. Для бетона же на аглопоритовом гравии
10
20
30
ио Я,МПа
Рис. 38. Средняя плотность в за­
висимости от марки бетона на
пористых зольных заполнителях
1 — на зольном гравии; 2 — на
аглопоритовом гравии; 3 — на
безобжиговом зольном гравии
О
10
20
30
к.МПа
Рис. 39. Прочность бетонов на
зольных заполнителях в зависи­
мости от расхода цемента
1 — на зольном гравии; 2 — на
безобжиговом зольном гравии;
3 — на аглопоритовом гравии
Рис. 40. Модуль упругости бето­
нов на зольных заполнителях в
зависимости от их прочности
1 — на безобжиговом гравии;
2 — на аглопоритовом гравии;
3 — на зольном гравии; 4 — тя­
желый бетон
этот показатель практически
не зависит от расхода цемента
(марки бетона) и находится
в пределах 1700—1800 кг/м-*.
На рис. 39 приводятся по­
казатели прочности в зависи­
мости от расхода цемента для
рассматриваемых трех видов
зольных заполнителей. НаибоЮ
20
30
' **0 Я,МПа
лее экономичные по расходу
цемента бетоны могут быть
получены на аглопоритовом гравии. Так, для марки М 300 тре­
буемый расход цемента составляет в среднем около 315 кг/м-*,
что следует считать эффективным показателем, поскольку в прак­
тике строительства для легких бетонов такой прочности расход
цемента значительно выше и составляет около 360 кг/м^.
На рис. 40 сопоставляются показатели модуля упругости бето­
на в зависимости от марки по прочности и вида применяемого золь­
ного заполнителя по сравнению с тяжелым бетоном.
Модуль упругости рассматриваемых бетонов изменяется в пре­
делах 15 000—23 000 МПа. При этом на его величину плотность
крупного заполнителя влияет незначительно так же, как и вид
С
О«о Н
ш
51 « о
чоА
о
со
»о
оо
^
о
"
со
Г-*
04
оС
со 40
ч
о
тГ го
сч
00
со
>» Ф э*
а> о
м
г, V
СЬЦ
-гч*
и
н
2
е;
О
л
О
X
X
X
Я
а
и
о
о
«о
т
»о
сч
»о
О
г
о№
О
н
X
40
СЧ
го
со
О
00
о
ГГ
о
сч
со
чО
00
со*
40
04
со
гГ *
о о
•О
40
40
г^*
«О
V)
СЧ
о
сч
сч
г
м
СО
40
О
&
в
о
I
со
ев
X
ев
X
О
н
V
Ю
40
сч
е
о
в
со
К
Э
о
>
»
0
4
N
С
О
к
Б
X
Б
ю
я
Н
О
о
сч
Т*
X
6
с
г.
О
<6
Б
«г
«8
И
3
ео
о
Б
&
з *
*
3
а
а>
Б
Л
СОV
Vц О
м
9|
О СТР
С »Н
О ” *
<
Б
«
М
В
X
а
и
Б
а*
л
Л
&
*
*
3
Я
2 зл
х я и
а>
О
н
<6
а. СПV
о ® о
С * §
сЬ
И
>
&>
« X
а.
3 3Й
§1
§.§и
О**
Р« о
Ъ XX
п о
О
о
а>
Б
г- <*> О
1*5
Е
5X х
п
а
>
<. Д п
в5
со
а>
К
1
О
& *
Н
Я
6 а
песка. При сопоставлении бетона на зольном аглопорите с керамзитобетоном есть основание признать их равноценными не только
по прочности, но и по деформативным показателям (табл. 29).
Анализируя табл. 29, следует-признать, что по усадке и ползу­
чести бетона на зольном аглопорите так же, как и по прочности,
аналогичен керамзитобетону. Применение пористого песка взамен
кварцевого вызывает повышенную усадку. Морозостойкость
бетона на аглопоритовом гравии превышает 300 циклов.
На опытной партии аглопоритового гравия, изготовленного
из золы Фрунзенской ТЭЦ на агломерационной установке Соколовско-Сарбайского горнообогатительного комбината, впервые
в нашей стране было организовано изготовление преднапряженных плит покрытия 3x6 м.
Изготовление конструкций проводилось на заводе железобе­
тонных изделий № 1 треста "Стройиндустрия” Министерства строи­
тельства Киргизской ССР с участием НИИЖБа. Плиты армирова­
лись стержневой сталью класса А-ГО в, марки 35 ГС, напрягаемой
электротермическим способом.
Конструкция предназначалась для строительства Краснореченского ремонтно-механического завода. Здание завода имело
18-метровый пролет, перекрытый двускатными перенапряженны­
ми балками из тяжелого бетона, шаг колонн 6 м. Расчеты, прове­
денные НИИЖБом, показади что экономический эффект состав­
лял 2,78 руб. на каждый 1 м^ конструкции.
БЕТОНЫ И КОНСТРУКЦИИ НА ЗОЛЬНОМ ГРАВИИ
Изготовление железобетонных конструкций на зольном гравии
было организовано Каширским заводом в 1966 г. Сырьевой базой
для производства этого пористого заполнителя служит золошла­
ковая смесь из гидроотвалов Каширской ГРЭС, работающей на
подмосковном буром угле.
Следует отметить, что как по химическому составу (повышен­
ное количество А 12О 3 и Р ^ О з , малые потери при прокаливании —
около 1% ), так и по содержанию отдельных составляющих данная
золошлаковая смесь представляет собой весьма благоприятное
сырье. В нем содержатся частицы шлака 5 мм от 9 до 14%; шлако­
вого песка от 24 до 53%; золы-уноса 0,3 мм
от 37 до 62%. Таким
образом, зола Каширской ГРЭС относится к грубодисперсным.
Как отмечалось выше, наличие шлака в сырьевой смеси рассмат­
ривается положительно, поскольку его частицы представляют собой
легкоплавкую составляющую смеси. Они способствуют образо­
ванию расплава и его вспучиванию при формировании гранул.
Поскольку перед грануляцией зольное сырье проходит сушку
и помол, содержание в нем крупных частиц не вызывает ослож­
нений в процессе производства. В то же время зола рассматривае­
мой гранулометрии может служить мелким заполнителем при
изготовлении легких бетонов.
Зольный гравий имеет насыпную плотность 320—500 кг/м ,
прочность (при сжатии в цилиндре) от 1,2 до 7,3 МПа и водопогло­
щение от 12 до 17% по массе. Следовательно, каширский зольный
гравий подобен керамзиту марки 400 и отличается от него понижен­
ным водопоглощением, что объясняется меньшей долей открытой
микропористости.
Результаты исследований показали, что на данном пористом
заполнителе можно получить легкие бетоны марок до 300, которые
по своим основным свойствам аналогичны керамзитобетону.
В условиях Каширского завода бетон предназначается для
изготовления стеновых панелей отпаливаемых промышленных
зданий, поэтому его марка принималась в пределах 50—100. Осо­
бенность состава заключалась в том, что зола использовалась для
бетона комплексно. Она служила сырьем для изготовления крупно­
го заполнителя и в то же время применялась в качестве порис­
того песка. Для улучшения гранулометрии мелкой части заполни­
теля, получения бетона с плотной структурой и исключения из
его состава тяжелого кварцевого песка использовалась смесь зо­
лы с отсевом песчаных фракций из зольного гравия.
В конструкционных бетонах марок М 200—М 300 в качестве
мелкого заполнителя должен применяться кварцевый песок. Ниже
приводятся составы бетона разного назначения (табл. 30) в за­
висимости от вида мелкого заполнителя.
Т а б л и ц а 30. Составы бетона на зольном гравии
Марка
бетона
М 50
М 100
М 300
Расход материалов на 1 м^ бетона
кварце­ цемент вода,
зольный зольный зола
л
гравий, л песок, л ТЭС, кг вый пе­ марки
со к , кг 400^ кг
950
900
850
100
140
1
—
350
400
т т т
ш вт
—
600
190
220
400
170
180
170
Плот­
ность
кг/м 3
950
1100
1600
Средняя плотность бетона дается в сухом состоянии.
В результате гидравлической активности золы и гидротермаль­
ных условий твердения приводимые в табл. 31 расходы цемента
сравнительно более низкие, чем для аналогичных бетонов на квар­
цевом песке.
Проведенные НИИЖБом исследования бетона на зольном гра­
вии позволили установить основные показатели его свойств (рис.
40.
В табл. 31 приводятся прочностные и деформативные свойства
бетона марки 100 в сопоставлении с. требованиями СНиП 11-21-75
для бетонов на пористых заполнителях.
Н.Я.Спивак на основе исследований, проведенных в ЦНИИЭГ1
жилища [481, приводит следующие показатели, позволяющие
I*0>
'Ъ
1100 1000 900 600 700
Средняя плотность
сухого бетона, кг/м 5
1 2
3 4 5
6 7 6
Прочность при сж ат ии МПа
,
Рис. 41. Средняя плотность и прочность бетона на зольном гравии в
зависимости от расхода цемента
сопоставить конструкции на аглопоритовом и зольном гравии
(табл. 32).
Проведенное сопоставление показывает, что бетоны и конструк­
ции на зольном гравии могут быть изготовлены с несколько мень­
шей средней плотностью, чем на зольном аглопорите. Однако сле­
дует считаться с существенной нестабильностью технологии золь­
ного гравия (см. гл. 4). В Советском Союзе работает лишь одно
подобное предприятие в Кашире. Массовое производство зольного
заполнителя во вращающихся печах более эффективно вести,
ориентируясь не на чисто зольную шихту, а на глинозольную, явля­
ющуюся основой производства керамзита.
Т а б л и ц а 31. Свойства бетона марки М 100
Показатель
Средняя плотность, кг/м^
Прочность при осевом растяжении,МП а
Модуль упругости, МПа
Коэффициент Пуассона
Усадка за 180 сут, мм/м
Мера ползучести за 180 сут при
На зольном гравии Требования
СНиП 11-21-75
900-1000
0,7
8900
0,2
0,15
1,3*10 5
б/ /?п —о,3
Прочность сцепления с арматурой
периодического профиля, МПа
3,5-4,1
0,72
6500
0,2
—
Т а б л и ц а 32. Сравнительные показатели свойств
легких бетонов и конструкций
на аглопоритовом и зольном гравии
Показатель
Насыпная плотность, кг/м^
Средняя плотность легкого бетона
марки 75, кг/м^
Толщина панели наружной стены,
см, для Москвы
Расход цемента на 1 м^ стены, кг
Масса 1 м^ стены, кг
Масса конструкций на 1 м полезной
площади при комплексном примене­
нии легкого бетона, кг
Аглопоритовый
гравий,
разброс
Зольный гра­
вий,
разорос
среднее
среднее
450-600
300-500
500
1100-1200
400
900-1100
1150
33-36
1000
30-33
70-80
400-450
1100
60-70
350-400
1000
На Каширском заводе железобетонных изделий с применением
зольного гравия изготавливаются стеновые панели для промышлен­
ных и административных зданий с шагом колонн каркаса 6 м.
Стеновые панели отличаются различной фасадной фактурой,
образуемой цементно-песчаным раствором с облицовкой стеклян­
ной или керамической плиткой, а также тяжелым бетоном с обна­
жением крупного заполнителя.
За десятилетний период изготовлено и применено в строитель­
стве более 1 млн. м^ панелей наружных ограждений зданий из бе­
тона марки 50 при средней плотности 900—1000 кг/мЛ Из этих
панелей смонтированы стены главного корпуса нового завода
железобетонных изделий в Кашире и стены ряда объектов в Москве,
Ленинграде и Воронеже. В частности, в Москве к их числу относит­
ся аэровокзал в Домодедове.
Производительность действующих поточно-агрегатных линий
составляет около 100 ты с.м ^ в год. В сопоставлении с керамзитобетонными панелями такого же назначения себестоимость кон­
струкций, изготовляемых в Кашире, снизилась на 15,4 %. Такой
значительный экономический эффект объясняется не только примением зольного гравия, но и тем, что бетон имеет малую сред­
нюю плотность, которая достигается в результате использования
не только крупного, но и мелкого заполнителя, состоящего из
смеси золы йотсева песчаных фракций от зольного гравия.
СОХРАННОСТЬ АРМАТУРЫ В ЗОЛЬНЫХ БЕТОНАХ
Бетоны, имеющие пористую структуру (ячеистые и легкие),
требуют особого внимания к обеспечению сохранности стальной
арматуры от коррозии. Это объясняется повышенной диффузией
кислорода в толщу подобных бетонов, возможным снижением их
щелочного индекса не только в результате применения шлаковых
вяжущих и зол, но и при наличии повышенного количества фрак­
ций менее 0,3 мм в гидравлически активных зольных пористых
заполнителях, а также наличием сульфатных и сульфидных соеди­
нений. Коррозия арматуры существенно интенсифицируется с по­
вышением влажности материалов пористой структуры, например
ячеистых. Ряд советских и зарубежных специалистов имеют в этой
области разносторонние исследования.
Основные факторы, повышающие опасность коррозии, сводят­
ся к следующему: снижение рН в поровой влаге бетонов автоклав­
ного твердения, особенно если они изготовлены с применением
зол; золобетоны (легкие и ячеистые) отличаются повышенным
сорбционным увлажнением, более медленно высыхают; по окон­
чании ускоренного твердения в пропарочных камерах и автоклавах
их влажность обычно является критической для ускорения корро­
зии стали; снижение рН легких бетонов наблюдается в результате
карбонизации, а также при применении таких пористых заполни­
телей, которые значительно истираются при транспортировке
и образуют пылевидную, гидравлически активную фракцию (ке­
рамзит, аглопорит); пористые заполнители более газопроницаемы,
чем плотные. Высказывается мнение [51], [52], что коэффици­
ент газопроницаемости керамзитобетона плотной структуры на
кварцевом песке при давлении 2 Па примерно в 10 раз больше,
чем у бетона на гранитном щебне. Однако более поздние данные
не подтверждают это мнение.
Так, в Пензенском ИСИ В.Л. Хвастуновым выполнены
специальные исследования по газопроницаемости, которые пока­
зали, что защитное действие керамзитобетона М 200, толщиной
20 мм сохраняется для стальной арматуры: по карбонизации —
около 80 лет, по глубине проникания хлорид-ионов в течение 35
лет. Имеются и другие литературные источники, подтверждаю­
щие надежность защиты арматуры в легких бетонах от корризии.
Следовательно, структура легких бетонов при оценке степени за­
щиты арматуры важна, прежде всего, исходя из ее влияния на газо­
проницаемость применяемого материала.
Конструкции, изготовленные на пористых заполнителях, долж­
ны быть обязательно плотной структуры. При этом нет необхо­
димости выполнять специальную защиту арматурной стали. На яче­
истые бетоны это положение не распространяется.
Действие отмеченных выше факторов усугубляется за счет
применения в качестве мелкого заполнителя зол ТЭС, особенно
если в их составе имеются частицы с повышенным содержанием
органических остатков и сульфидных соединений. В этом случае
при контакте с арматурой образуется неблагоприятная гальва­
ническая пара, вызывающая локализованную коррозию стали.
Надежная защита арматуры в легких бетонах, если в них имеют­
ся золы электростанций, обеспечивается поддержанием величины
рН на требуемом уровне, соблюдением необходимой толщины за­
щитного слоя, обеспечением высокой однородности структуры,
характеризуемым показателем /фаст//Гзал, применением добавокингибиторов и полимерных покрытий.
Особое значение для сохранности арматуры имеет то, что в бе­
тоне в результате твердения вяжущих на базе цементного клинкера
создается щелочная среда, которая защищает сталь от действия
кислорода воздуха. Считается, что для этого требуется иметь по­
казатель поровой жидкости рН >11,8. В бетоне нормальной струк­
туры на плотных заполнителях рН сразу же после изготовления
находится в пределах 12—12,5. При активном взаимодействии золы
или пылевидной фракции керамзита с известью приведенный по­
казатель может стать ниже допустимого, особенно если в бетоне
мало цемента. Поэтому опыт применения керамзитобетона [51] и
других конструкционных бетонов на зольных пористых заполни­
телях дает основание установить минимальный расход цемента
(220 кг/м-*). Если влажность этих конструкций превышает норма­
тивную, расход цемента должен быть увеличен до 250 кг/м^.
Толщину защитного слоя рекомендуется выдерживать на
5—10 мм большей, чем в конструкциях из бетона на плотных за­
полнителях и соответственно той же марки. Выполнение указан­
ного требования гарантирует сохранность арматуры в золобетонах,
имеющих плотную структуру. Плотной считается та структура, у
которой объем межзерновых пустот уплотненной бетонной смеси,
определяемой по ГОСТ 10181.1,2,3 - 81, не превышает 3%.
Поскольку пористые заполнители такие, как естественные —
вулканические шлаки, туфы, пемза, так и искусственные, рассмат­
риваемые в данной монографии, обладают гидравлической актив­
ностью, надежность защиты арматуры должна оцениваться в зави­
симости от удельной поверхности заполнителя.
При прочих равных условиях чем она выше, т.е. чем больше
доля в заполнителе мелких и мельчайших фракций, тем реакция
пуццоланизации с известью будет проявляться более интенсивно.
Для защиты от коррозии арматуры это неблагоприятный фактор,
который следует всегда принимать во внимание. Поэтому наиболь­
шую опасность с точки зрения коррозии арматуры представляют
конструкционно-теплоизоляционные бетоны с пористым песком
в качестве мелкого заполнителя.
Зарубежные специалисты считают [29], что бетоны с расходом
цемента 300 кг/м-3 и выше надежно защищают арматуру от корро­
зии и по этому показателю не уступают тяжелым. Однако здесь
речь идет о бетонах лишь конструкционного назначения.
Особое значение для долговечности легких бетонов в целом
и арматуры, в частности, имеет повышенная трещиностойкость.
Исследования, выполненные под руководством Г.И. Горчакова
[14], показали, что повышение однородности структуры, позво­
ляющее снизить концентрацию напряжений в бетоне, является
одним из основных путей к решению названной задачи. В Пензен­
ском ИСИ микротрещинообразование и связанная с ним долговеч-
ность бетона прогнозируются исходя из критерия ^раст/^зап
[15], [19]. На основании ряда исследований рекомендуется ве­
личину отношения ^раст/^зап для легких бетонов выдерживать
в пределах от 1 до 3.
В особо неблагоприятных условиях, когда золобетон применя­
ется в зданиях с повышенной влажностью и агрессивной средой
(животноводческих), эффективны антикоррозионные добавки,
например нитрит натрия, 2% по массе цемента. Применение тяже­
лых бесцементных бетонов на зольном вяжущем, например золе
бурых углей Назаровского месторождения [51], в составе кото­
рой имеются свободная известь и повышенное количество суль­
фатов, возможно лишь при специальной защите арматуры. С этой
цел**ю рекомендуются полимерные покрытия стержней арматуры
фторопластом (Ф-30), эпоксидными композициями (ЭП-49А),
которые наносятся на нагретую
арматуру в порошкообразном
состоянии.
1
Г л а в а 6. ЯЧЕИСТЫЕ БЕТОНЫ
Применение зол электростанций для производства ячеистых
бетонов считается одним из перспективных направлений в утили­
зации энергетических отходов [4,9, 11, 13,17, 22].
К основной фазе, определяющей состав золы, относится стек­
ловидное вещество, а не кристаллический кварц, как в песке.
В результате этого зола является настолько активным компонен­
том, что ее применение для производства без автоклавных ячеис­
тых бетонов более эффективно, чем применение песка [3]. Отме­
ченная особенность предопределила производственные усилия ряда
организаций, которые начиная с 1953 г. осуществляли строитель­
ство из газозолобетонных панелей в ряде городов Советского Сою­
за: Ангарске, Березняках, Краснотурьинске, Новокузнецке [13],
[22]. Эти панели подвергались тепловлажностной обработке в про­
парочных камерах или электропрогреву. Однако усадка порядка
2—4 мМ/м и большая остаточная влажность золобетонных изделий
затрудняют развитие этого экономически оправданного направ­
ления.
Вследствие микропористости частиц ячеистые золобетоны при
прочих равных условиях отличаются меньшей плотностью по срав­
нению с подобными же бетонами на песке. Отмеченное преиму­
щество имеет и негативную сторону, которая выражается в боль­
шей степени гигроскопичности и увлажняемое™.
■в
Производство бездефектных изделий с влажностью не более
15% возможно лишь при правильно выбранных составе золобетона,
его гранулометрии, способе и режиме твердения. Имеются три
направления в технологии ячеистых золобетонов, обусловленные
способом твердения: безавтоклавный, двухстадийный и автоклав­
ный.
К безавтоклавному способу твердения относятся электропро­
грев, применяемый в Ангарске [3], влажностная обработка на теп­
ловых стендах [13], [53] и в пропарочных камерах.
При двухстадийном твердении газобетонные изделия в формах
выдерживают в пропарочной камере и затем по достижении распалубочной прочности без форм подают в автоклав. Производ­
ственный опыт изготовления изделий по такому способу имеется
в Нижнем Тагиле.
По двухстадийной технологии работает и ряд зарубежных пред­
приятий. Так, например, на заводе газозолобетонных блоков
’Тэрмелайт” вблизи Бирмингема применяют сырьевую смесь,
состоящую из цемента, золы сухого удаления и песка (1:1 — 5:3).
После заливки в формы и вспучивания смесь выдерживают 2,5 ч
в камере при температуре 40°С, затем разрезают на мелкие бло­
ки и на поддоне без формы подают в автоклав.
Автоклавное твердение предусматривает твердение бетона в
условиях высоких температур (174—180°С) и давления (8—12 Па),
что значительно сокращает технологический процесс.
В Ступине завод расположен вблизи электростанции и рабо­
тает на сухой золе.
Правильный выбор одного из трех названных направлений
может быть сделан лишь на основе комплексного сопоставления
физико-химических, физических и экономических показателей.
Исследования С.А. Миронова и его сотрудников [31], [32], а
также А.Т. Баранова, Н.И. Федынина и Л.М. Розенфельда [4],
[53] показали, что к числу основных факторов, предопределяю­
щих свойства газозолобетонов, относятся минералогический
состав цемента и золы, соотношение между ними и физические
процессы, происходящие при подъеме и спуске температуры. Для
автоклавного твердения характерно преобладание в новообразо­
ваниях более прочных низкоосновных гидросиликатов.
В то же время с позиций, основанных на послед­
них исследованиях А.В. Волженского и его школы [8], [9], можно
утверждать,что безавтоклавный режим твердения не только равно­
ценен автоклавному, но и превосходит его по потенциальным
возможностям получения долговечного и высокопрочного бетона.
Это объясняется более благоприятными условиями формирования
структуры цементного камня, особенно в завершающий период
его твердения. Пропаривание не приводит к интенсивному старе­
нию новообразований, повышению их хрупкости и к возникнове­
нию микротрещин — начальных очагов возможной деструкции ма­
териала. Поэтому нет оснований смотреть на безавтоклавный ре-
жим твердения газозолобетона как на некий вынужденный прием,
не имеющий права на существование.
БЕЗАВТОКЛАВНЫЕ ЯЧЕИСТЫЕ ЗОЛОБЕТОНЫ
Большое число специалистов придает важное значение грануло­
метрической характеристике сырьевых смесей в достижении тре­
буемых свойств ячеистых бетонов [17], [21], [22]. В то же время
высказывается и противоположное мнение, которое основывается
на том, что для ячеистых бетонов применяются смеси с таким боль­
шим количеством воды, при котором гранулометрия не может
влиять на свойства затвердевшего ячеистого бетона. Однако при­
верженцы как того, так и другого взгляда не отрицают, что водо­
твердое отношение зависит от гранулометрической характерис­
тики смеси применяемых компонентов.
Подбор рационального гранулометрического состава сырьевых
золобетонных смесей. Новокузнецким отделением Уралниистромпроекта при нашем участии разработана технология изготовления
изделий из безавтоклавного газошлакозолобетона, в основу кото­
рой положено проектирование рационального гранулометричес­
кого состава сырьевой смеси. Поскольку выводы этой работы
могут быть распространены на широкий круг комбинаций зол
различных электростанций с добавками крупной фракции, остано­
вимся на наиболее существенных показателях, достигнутых в ре­
зультате подбора составов с улучшенной гранулометрией.
Газобетон в Новокузнецке приготовляли на мелкой золе ЮжноКузбасской ГРЭС (3 =■ 4000 . . . 5000 см^/г) и грубомолотом
гранулированном шлаке Кузнецкого металлургического комби­
ната. Состав газобетона: 50% шлака, 30% золы, 10% портландце­
мента марки 500, 7% извести, 3% гипса. В поле треугольной диаг­
раммы (рис. 42, 43) были намечены 22 точки, характеризующие
гранулометрический состав системы зола—шлак. Золу для всех
составов применяли одну и ту же. Гранулометрический состав
системы изменяли путем сочетания золы со шлаком разной круп­
ности. Шлак получали помолом с последующим рассевом на фрак­
ции.
Для каждого зернового состава водотвердое отношение подби­
рали по диаметру расплыва на виксозиметре Суттарда 12—14 см.
Прочность определяли на образцах-кубах 10x10x10 см, усадку —
на образцах-призмах 4x4x16 см с точностью 0,001 мм. Прочность
при растяжении устанавливали методом раскалывания. Трещиностойкость определяли на кольцах, плотно прилегавших к сталь­
ному сердечнику диаметром 80 мм. Кольца подвергали пропари-
Рис. 42. Прочность на сжатие и растяжение газобетона
у * 900 кг/м^ в за­
висимости от гранулометрического состава системы зола - шлак (образцы
сразу после пропаривания)
5 мм
100
10
го
30
40
50
60
10
80
90
100
Усадка , мм/ м
ванию и в дальнейшем хранили вместе с образцами-призмами для
определения усадки.
Образцы твердели в камере при температуре 95—100°С по ре­
жиму 3 + 8 + 3 ч.
По мере увеличения в системе зола—шлак цементной фракции
(частицы менее 0,08 мм) прочность газобетона значительно уве­
личивается за счет активного участия в процессе твердения мелко­
дисперсных фракций шлака. Содержание средней фракции (0,08 0,15 мм) существенного влияния на прочность не оказывает.
Особо следует обратить внимание на влияние гранулометри­
ческого состава на прочность при растяжении. При переходе от
мелкодисперсных композиций системы к крупнодисперсным от­
носительная прочность газобетона при растяжении #раст//?сж увели­
чивается более чем в два раза: с 0,06 до 0,13; далёе наблюдается
спад относительной прочности (см. рис. 42) .
Известно, что относительная прочность при растяжении авто­
клавного и безавтоклавного ячеистого бетона, изготовленного
по обычной технологии, колеблется от 0,05 до 0,08 и для газозолобетона составляет 0,06.
Таким, образом* за счет улучшения гранулометрического сос­
тава газозолобетона прочность его при растяжении увеличилась
примерно в два раза. Это имеет очень важное значение для повы­
шения трещиностойкости.
Сопоставляя рис. 43 и 43, можно видеть идентичность линий
прочности при растяжении и усадке. В области точек 17-20 диа­
граммы максимальной величине относительной прочности соот­
ветствует минимальная усадка газобетона.
Величина усадки находится в прямой зависимости от началь­
ной влажности. По мере уменьшения содержания в системе мел­
кой фракции водотвердое отношение газошлакозолобетонной
смеси непрерывно уменьшается — от 0,54 до 0,28 (см#рис. 43).
Соответственно снижается и влажность газобетона после пропа­
ривания.
Минимальная величина усадки пропаренного бетона (см. рис. 43)
составляет 0,73 мм/м. Усадка безавтоклавного газобетона, изготав­
ливаемого по обычной технологии, колебается от 2,5 до 4 мм/м.
Обращает на себя внимание то, что газозолобетоны, соответ­
ствующие точкам 20—22 диаграмм, имеют значительно большую
усадку, чем газобетон, зерновой состав которого соответствует
точкам 76—17, хотя последний имеет несколько большее водотвер­
дое отношение. Это подтверждает, что оптимальное сочетание
свойств газозолобетона можно получить лишь при определенном
гранулометрическом составе системы.
Рис. 43. Водотвердое отношение, усадка и трещиностойкость газобетона в за­
висимости от грану ломегр т е с кого состава системы зола —шлак
о —образцы — кольца без трещин; • — то же, с трещинами
Рис. 44. Сорбционное увлажнение газ озолобетона
на
шлакоп ор тландцементе
1 и газошлакобетона с рациональным зер­
новым составом 2
Испытания на трещиностойкость
показали, что у образцов, соответст­
вующих точкам 11—12 диаграммы,
нет трещин. При сопоставлении всех
характеристик, полученных для образ­
цов газозолобетонов, видно, что опти­
мальной области гранулометрии соот­
ветствует заштрихованная площадь
диаграммы рис. 43.
20 ЬО 60 60 100
При
критическом
рассмотрении
ре­
Относительная
комендуемой
рациональной
области
влажность• воздуха, %
гранулометрии (см. рис. 45) и изме­
нения прочности (см. рис. 44) нетрудно обнаружить, что газозолобетон с такой гранулометрией имеет прочность при сжатии мень­
шую, чем газозолобетон, изготовленный по обычной технологии —
на мелкодисперсных компонентах без регулирования их зернового
состава. Однако эта неизбежная потеря прочности при сжатии оку­
пается улучшением всех других физико-механических, деформативных, а также теплофизических характеристик газозолобетона.
По нашим данным, влажность газозолобетона после пропаривания
составляет 18—20% по массе, что в 1,5—2 раза меньше, чем при
обычной технологии. Значительно меньше также и сорбционное
увлажнение (рис. 44), от величины которого в большей степени
зависят теплофизические характеристики материала.
Газозолобетон, твердеющий при электропрогреве. Впервые
изготовление газозолобетонных стеновых панелей путем электро­
прогрева было организовано в Ангарске в 1959 г. [3].
В отличие от паропрогрева, необходимого для ускорения твер­
дения, тепло образуется непосредственно в теле изделия. За счет
омического сопротивления электрический ток равномерно прогре­
вает стеновые панели. При этом в Ангарске выявились определен­
ные условия производства. Во-первых, необходим хороший кон­
такт материала с электродами. Нижним электродом служило
днище металлической формы, а верхний накладывался в виде
тяжелого щита на открытую поверхность изделия. Однако полный
контакт верхнего электрода вследствие неровностей поверхности
панелей не достигался. Поэтому на нее наносился слой песка или
дробленого кокса, смоченный электролитом (раствор поваренной
соли или хлоридного кальция), в который погружалась сварная
арматурная решетка.
Во-вторых, в ячеистых бетонах, имеющих повышенное водосодержание, при электропрогреве происходит интенсивное паро­
образование, приводящее к внутренним напряжениям. И хотя
равномерность распределения тепловых полей повышается, в теле
бетона образуется большое число микротрещин. Поэтому прихо­
дится соблюдать особый режим твердения, в частности, предвари­
тельную выдержку в течение 5—6 ч и далее медленный подъем
температуры до 100°С в течение 4—5 ч.
В-третьих, по мере твердения и уменьшения влагосодержания
газобетона его омическое сопротивление резко возрастает, в ре­
зультате чего интенсивность электропрогрева снижается. Для
поддержания его на требуемом уровне напряжение тока прихо­
дится все время повышать.
В Ангарске и Ухте эта мера не смогла полностью обеспечить
требуемое качество панелей. Поэтому для улучшения электро­
проводности сырьевой смеси в ее состав вводился раствор хло­
ристого кальция. Твердение в результате этого улучшается, но
значительно возрастает усадка. Поэтому следовать указанным
путем, по нашему мнению, нецелесообразно.
При сильном электролите, имеющем ион Са и без электропро­
грева улучшается твердение зольных смесей. Еще в 1953 г. было
установлено, что цементозольные образцы, если в их состав вхо­
дит раствор С аС ^, твердеют достаточно интенсивно в пропароч­
ных камерах.
В качестве исходного сырья для изготовления стеновых пане­
лей использовалась зола-унос, осаждаемая в электрофильтрах
Иркутской ТЭЦ-1. Каменноугольная зола Иркутской ТЭЦ-1 имеет
удельную поверхность -2740 см^/г. Ее химический состав ппепставлен следующими показателями: §Ю о — 60,5%, А12О 3 — 20,7%,
Реп03 - 5,4%, СаО - 6,4%, М§0 - 1,2%, 5 0 3 - 0,6%, ППП - 5%.
Расход материалов на 1 м** газозолобетона средней плотностью
0,9—0,95 т/м^: портландцемент марки 400—250 кг, зола-унос
600 кг, известь молотая 25 кг, гипс строительный 10 кг, вода
420 кг.
После электропрогрева влажность стеновых панелей была
в пределах 22—30 %, в результате чего уже через месяц на их по­
верхности появлялась сетка волосяных трещин. Марка бетона по
прочности при сжатии — 75. по морозостойкости — 25 циклов.
Производство газозолобетонных панелей было организовано
с 1960 г. в Воркуте. Состав бетона и его свойства аналогичны
составу и свойствам бетона, примененного в Ангарске. Зола при­
менялась сухого отбора на Воркутинской ТЭС-2 от сжигания углей
Печорского бассейна.
Положительной особенностью воркутинского опыта являют­
ся более углубленные исследования трещиностойкости золобетона. Исходя из полученных при этом данных рекомендуется для
уменьшения усадки добавлять в сырьевую смесь крупный порис­
тый заполнитель — аглопорит.
Газозолобетонные панели с пустотами, прогреваемыми ТЭНа­
ми. Кроме контактного способа электропрогрев золобетонных
панелей может осуществляться посредством инфракрасного излу­
чения ТЭНами. Указанный способ был предложен коллективом
специалистов под руководством А.В. Волженского [9], [13]
и получил применение на Ангарском ДСК.
В первоначальном варианте технология изготовления газо­
золобетонных панелей, разработанная в Ангарске, не обеспечила
их высокое качество. Среди недостатков необходимо отметить
особо высокую влажность конструкций и многочисленные тре­
щины на их поверхности. Они взаимосвязаны и сопутствуют друг
другу.
Отпускная влажность стеновых панелей нормируется лишь для
ячеистых бетонов автоклавного твердения. При изготовлении по­
добных конструкций на золе их влажность допускается до 35%.
Практика заводского изготовления ограждающих конструкций
из ячеистых бетонов показала, что действующие требования к
влажности бетона слишком занижены. Отпуск панелей с влаж­
ностью 35% на строительную площадку приводит к повышенной
усадке и вызываемой ею трещиноватости, повышает теплопро­
водность ограждающих конструкций, приводит к дефектам их
отделочной поверхности.
/
—,
-,1
Эти недостатки и особенно повышенная теплопроводность ха­
рактерны для стеновых панелей всех видов, но особенно они
нетерпимы в отношении неавтоклавных панелей из газозолобе­
тона.
Снижение влажности готовых изделий достигается в результа­
те уменьшения их первоначального влагосодержания (характери­
зуется малыми В/Т) и принятием такого режима твердения, при
котором совмещались бы два взаимосвязанных явления — тепло­
влажностное твердение и сушка материала.
По предложению МИСИ [13], для снижения влажности при
заливке газобетонной массы в формы в них устанавливаются
пустотообразователи из труб диаметром 10,2 см, в которые затем
могут быть помещены инфракрасные нагреватели (ТЭНы). После­
довательность технологических операций при этом такова. Через
20—30 мин после заливки массы в формы пустотообразователи
проворачиваются и удаляются. Затем проводится срезка горбуши.
Через 3—4 ч открываются борта формы, на верхнюю поверхность
панели укладывается арматурная сетка, засыпается влажным пес­
ком и подключается электрический ток.
Подъем температуры до 95—100°С продолжается 4—5 ч, изотер­
мический прогрев проводится в течение 10 ч. По окончании кон­
тактного электропрогрева пустоты (с целью сушки) продува­
ются горячим воздухом с температурой 150-200°С. В этом случае
постановка ТЭНов не требуется.
Другой вариант заключается в замене контактного электропро­
грева постановкой в технологические пустоты ТЭНов. В этом
случае разогрев изделий до 90—95°С может быть проведен в тече­
ние 2—3 ч. Панели прогреваются и твердеют в закрытых и тепло­
изолированных формах.
По свидетельству К.В. Гладких [13], прогрев ТЭНами обеспечи­
вает снижение усадки газозолобетона до 0,3 мм/м вместо 2,2 мм/м
при пропаривании и 1,7 мм/м при контактном электропрогреве.
Влажность панелей при таком способе твердения находится в пре­
делах 10—15 % вместо 30—35 % для панелей, изготовленных по
прежней технологии.
Хотя расход электроэнергии за счет применения ТЭНов может
быть сокращен по сравнению с контактным электропрогревом
на 20%, возникают опасность пересушивания материала и вызван­
ные этим нежелательные последствия. В результате интенсивного
испарения влаги наблюдается замедление процесса гидратации
вяжущего, и после окончания прогрева прочность газозолобетона
не имеет тенденции к последующему нарастанию. Новообразования
характеризуются преобладанием высокоосновных кристалличес­
ких гидросиликатов кальция.
Быстрый подъем температуры в теле изделия порождает боль­
шой температурно-влажностный градиент, что может привести
к образованию трещин еще в процессе твердения. К.В. Гладких
в связи с этим рекомендует не допускать скорости испарения вла­
ги более чем 2—3 % за 1 ч.
Выполнение этого условия не всегда возможно, поскольку
интенсивность испарения влаги зависит не только от потока лу­
чистой энергии, выделяемой ТЭНами, но и от характера распреде­
ления влаги в золобетонной массе, микропористости и грануло­
метрии частиц золы.
Следует заметить, что эти особенности зольного сырья не на­
шли отражения в рассмотренных выше технологиях электропро­
греваемых неавтоклавных панелей.
Газозолобетонные изделия с улучшением их состава крупно­
зернистыми составляющими. Проблема повышения трещиностой­
кости и долговечности газозолобетонных панелей связана не толь­
ко с условиями их твердения, но и, в первую очередь, с оптималь­
ным подбором состава золобетонной массы.
Активность цемента не играет существенной роли в свойствах
неавтоклавного газозолобетона. Гораздо большее значение имеет
химико-минералогический состав золы и вяжущего. Наиболее
желательными для неавтоклавного газозолобетона являются це­
менты с высоким содержанием трехкальциевого силиката и трех­
кальциевого алюмината. В отношении зол следует отдавать пред­
почтение тем, у которых имеется повышенное количество актив­
ного (растворимого) кремнезема, и особенно глинозема.
А.Т. Барановым, Л.М. Розенфельдом, Н.И. Федыниным [4],
[53] установлена высокая степень активизации твердения неавто­
клавного газозолобетона в результате применения в его составе
1—3 % гипса.
Так, по опыту Новокузнецка повышение прочности может
доходить до 2—2,5 раза.
Особое значение для снижения деструктивных явлений, свя­
занных с повышенной усадкой неавтоклавного газобетона, имеет
кроме вида вяжущего, гранулометрический состав его смеси.
Поскольку многочисленные исследования и достаточно широкий
опыт применения золобетона ячеистой структуры в Сибири, на
Урале, в Донбассе и Эстонии показали многовариантность рассмат­
риваемой технологии, следует при ее оценке придерживаться
следующей классификации.
По виду вяжущего
Т
Клинкерное
Смешанное
1. Портландцемент
2. Шлакопортландцемент Цемент + известь
Бес клинкерное
1. Известь
2. Доменный шлак +
+ известь
По виду заполнителя
На одной золе
1. Сухого удаления
2. Гидроудаления
^
На золе с крупнозернистой составляющей
1. Гранулированный
шлак
2. Немолотый песок
3. Аглопорит
4. Керамзит
Экспериментально установленная комбинация указанных сос­
тавляющих обеспечивает получение неавтоклавного газобетона
с наилучшим сочетанием свойств.
Обычно крупный заполнитель, входящий в состав газобетона,
улучшает комплекс его свойств. При этом стремятся сделать так,
чтобы повышение трещиностойкости не сопровождалось ухудше­
нием его теплотехнических свойств в результате более высокой
плотности.
Крупный заполнитель может быть двух видов: плотный и тяже­
лый — например немолотый кварцевый песок и пористый легкий,
например аглопорит. Можно отметить соответствующие исследо­
вания в том и другом направлении.
Так, Г.П. Федосеевым для безавтоклавного пенозолобетона
было предложено проводить мокрый домол портландцемента
с золой-уносом, а затем это зольное вяжущее смешивать с немоло­
тым кварцевым песком.
М.Ф. Чебуков и А.М: Егорова в Уральском политехническом
институте одновременно с нашими исследованиями в Новоси­
бирске предложили вводить в пенозолобетонную массу зольный аг­
лопорит. В результате усадка и ползучесть безавтоклавного золобе­
тона были снижены более чем в два раза. Известны также положи­
тельные результаты, полученные в Донбассе от введения в газозо­
лобетон гранулированного шлака и шлаковой пемзы.
Рассматривая эти результаты, следует обратить внимание на
то, что такие добавки, как аглопорит и гранулированный шлак,
имеют влияние не только на гранулометрический состав рассмат­
риваемой системы. Нельзя упускать из виду их активного действия
на структуру и фазовый состав новообразований.
1
2
Рис. 45. Кривые ДТА автоклавного
газозолобетона состава 1:2 (цемент:
?Зола Новосибирской ТЭЦ-3) при раз­
ном соотношении между золой и аглопоритом
1 - золы 100% ; 2 - золы 75% и агло­
порита 25%; 3 - золы 50% и аглопо­
рита 50%; 4 — золы 25% и аглопори­
та 75%; 5 — аглопорита 100%
3
«Г
к
5
Рис. 46. Влияние добавки аглопорита
на прочность и долговечность газо­
золобетона
1 — прочность через 28 сут; 2 —проч­
ность через 2 года
I
о
475
425
ал
45
425
0,75
0
1
Зола / аглопорит
Глинозольный и глинистый аглопорит проявляют повышенную
активность по отношению к извести при автоклавном твердении
(см. гл. 6) . Нами был проверен состав газобетона на портланд­
цементе и золе Новосибирской ТЭЦ-3 1:2 по массе при добавке
10 кг извести на 1 м^ бетона. В качестве заполнителя была
применена комбинация золы и глинозольного аглопорита в раз­
личных соотношениях. Приведенные на рис. 45 термограммы по­
казывают существенное изменение фазового состава по мере
повышения доли аглопорита.
На одной золе в газобетоне образуются <*-гидрат С 9ЗН и низко­
основные волокнистые гидросиликаты. При соотношении аглопо­
рит : зола 1:1 начинает возникать тоберморитовая фаза, которая
постепенно усиливается (при соотношении 3:1) и наибольшее
развитие получает в газобетоне на одном аглопорите — эндотер­
мический эффект при 250°С. Объяснение этому мы видим в боль­
шом содержании аморфных 8 Ю 2 и А 12О 3 в аглопорите, чем
в золе, а также в большей активности З 1О 2 в кристаллической
форме (тонкодиспергированный кварц).
Как видно на рис. 46, максимальную прочность через 28 сут
имеет газобетон на комбинированном заполнителе, а не на од­
ном аглопорите. Это мы объясняем влиянием гранулометричес­
кого состава и оптимальным значением его при соотношении
зол а: аглопорит, равном 1:3. Однако через два года картина меня­
ется и наибольшую прочность имеет газобетон на одном аглопо- |я
рите - 5,4 МПа. Эта весьма высокая прочность при средней плот- р
ности бетона 700 кг/м^ получена для состава 1:2 с малым Ь
расходом цемента. Газобетон на аглопорите благодаря наличию устоичивых высокопрочных низкоосновных гшюосиликатов
гидросиликатов и н
тоберморита, а также отсутствию свободной извести не снижает т
прочности при длительном хранении на воздухе, чего нельзя ска­ 1
зать о составах на одной золе при малом расходе цемента.
|\
Наиболее крупное отечественное предприятие, изготовляющее 1
газобетон на золе ТЭС, Ступинский завод также применяет до­ I
бавку аглопорита. В результате уменьшились влажность и усад­ У
ка газозолосиликата.
I
Положительное значение для улучшения свойств ячеистых (
золобетонов имеет совместное применение золы и доменного
гранулированного шлака. Хотя на этом вопросе мы уже останав­
ливались в Ш и 1У главах, к сказанному необходимо добавить |«
следующее. Осуществленное в 1963 г. в Новокузнецке экспери- |<
ментальное строительство 5-этажного жилого дома из газозолобе- |
тонных панелей полностью подтвердило выводы исследований
[18], [53]. Безавтоклавный газозолобетон имел следующий
состав, к г/м ^: шлакопортландцемент марки 300—250, известь мо­
лотая (кипелка) 60, гипс полуводный 15, зола Южно-Кузбасской
ГРЭС 470. При средней плотности 850—900 кг/м^ прочность газо­
золобетона по данным заводских испытаний составляла 6—7 МПа.
После пятилетнего срока эксплуатации на панелях не было
обнаружено каких-либо существенных дефектов. Согласно опуб­
ликованным данным обследования зданий, выстроенных с приме­
нением газозолобетонных панелей, раскрытие трещин у них дости­
гает 0,8 мм и даже более. Усадка панелей в Новокузнецке за два
года составила, по данным натурных наблюдений, около 0,4 мм/м.
Строительство в Донбассе, на Урале, а также зарубежный опыт
показывают, что сочетание золы с гранулированным доменным
шлаком дает существенные преимущества. Наиболее определенно
об этом высказываются французские специалисты. Так, Лэзи
[65] считает, что применение шлакопортландцемента в золобетонах более рационально, чем портландцемента.
АВТОКЛАВНЫЕ ЯЧЕИСТЫЕ ЗОЛОБЕТОНЫ
На золах сухого отбора действуют крупнейшие в Советском
Союзе комбинаты ячеистых бетонов в Нарве и Ступине под
Москвой. Покажем на опыте работы этих предприятий особенное-
щ и использования зол ТЭС от сжигании каменных углей и горючих
4 Жшанцев в автоклавных ячеистых бетонах.
^ I
Газозолобетонные панели на каменноугольных золах. СтупинI :кий завод ячеистых бетонов изготовляет газозолобетонные паI тели с 1961 г. За первый десятилетний период заводом изготов­
ив В тено около 2,5 млн. м^ изделий, в их числе: 126 тыс. м^ панелей
не-|для стен жилых и общественных зданий, 52 тыс. м^ панелей для
1 тромышленных зданий, 310 тыс. м^ газобетонных плит для покрыот* I гий промышленных зданий, остальное — теплоизоляционный беI гон и стеновые камни.
ус-1 Проектирование и строительство Ступинского завода, вероятк I ю , представляет собой единственный пример крупного предприя«ет|гия (в 1971 г. больше половины всей использованной золы в Соо- V ветском Союзе приходилось на этот завод), осуществленного для
I утилизации золы Ступинской ТЭЦ-17,
ее I ТЭЦ-17 работает на бурых углях Подмосковного бассейна. Ос10-I яовными минеральными породами, сопровождающими уголь,
13-1 являются каолиновая глина, кварц, пирит и гипс. Эти породы
I рассеяны в углистой массе не только в дисперсном виде, но и
а I отдельными прослойками. Вследствие этого химический и минераго I логический состав золы весьма изменчив. Вместе с тем ее положи1В-1тельной особенностью являются повышенное содержание глинотьI зема, умеренное количество сульфатов и малое (2,5 %) количество
№I ‘органических частиц.
!е-1
В свою очередь, глиноземистая составляющая является началом
т I аморфизованного глинистого вещества, которое слагает основную
шI массу золы. Эта особенность ступинской золы связана также с
о-1 пониженной теплотворной способностью бурого угля. При его
ш| сжигании температура в топке котлов ТЭЦ ниже, чем при сжигании
о>I ;антрацита.
I
В результате зола ТЭЦ-17 характеризуется повышенной гид10I равлической активностью и может затвердевать в смеси с известью.
5*1 Удельная поверхность ее достаточно высока, поскольку в зависие-1 мости от места отбора составляет от 2200 до 4300 см^/г.
н-1
Отмеченные особенности зольного сырья позволили организо1а[ вать на Ступинском заводе изготовление изделий без цемента.
I Вяжущее для него подготавливается путем помола известковоггI зольной смеси с содержанием активной СаО 33—35 %. Помол вем| дется до удельной поверхности 4000—5500 см^/г. В результате
о| изготовление изделий проводится по золосиликатной схеме.
и[ Применяемый аглопорит изготовляется на рядом расположенном
. I предприятии, использующем белостолбовскую глину. Годовой
| объем производства Ступинского завода превышает 300 тыс. м^.
I
При такой производительности весь объем строительства школьI ных зданий, детских садов и яслей в Московской обл. осуществляI ется с наружными стеновыми панелями из армированного газозоЧ лосиликата. Эти конструкции нашли применение на ряде крупных
*| промышленных объектов, в частности в зданиях аэропорта ”До' | модедово” , на стройках других городов.
Таким образом, надежность применения ограждающих конст­
рукций из ячеистого золобетона прошла широкую производствен­
ную проверку на многих ответственных объектах.
Производство всех названных конструкций и изделий прово­
дится в соответствии с технологической схемой (рис. 47). Отме­
тим некоторые характерные особенности этой технологии.
Из поступающей пневмотранспортом в бункеры золы одна
треть идет на приготовление вяжущего. С этой целью она совместно
с дробленой известью подвергается помолу в шаровой мельнице.
Полученное вяжущее смешивается с немолотой золой в соотноше­
нии 1:1 по массе в гомогенизаторах. Состав газозолобетона указан
в табл. 33.
Т а б л и ц а 33. Расход материалов для изготовления
ячеистых бетонов на золе Ступинской ТЭЦ-17
Расход материала на 1 м3 газосиликата
Материал
Известково-зольное
вяжущее, кг
Гипс двуводный молотый,
кг
Аглопорит, кг
Алюминиевая пудра, г
Сульфанол, г
теплоизоляционного I конструкционного# = 400 кг/м3
2Г= 750 кг/м*5
342
435
—
15
-т
526
15
240
328
8
средней
Аглопорит
700-800 кг/1 с целью повышения трещиностоикости конструк­
ций. Выбор крупной пористой добавки и ее количества обусловлен
результатами многих экспериментов. Они показали, что именно аг­
лопорит, а не керамзит дает наилучшие результаты. Для этого тре­
буется определенное соответствие средних плотностей добавки и
сырьевой смеси. Лишь при этих условиях сырьевая смесь стаби­
лизируется, зерна аглопорита в ней не подвержены седиментации.
При вспучивании сырьевой смеси пористые зерна, поднимаясь
вместе с ней, равномерно распределяются по объему. Отмеченный
эффект объясняется шероховатой поверхностью аглопорита и
повышенными силами вязкого трения, которые поддерживают
его во ^взвешенном” состоянии. Аглопорит добавлялся в коли­
честве 150—250 кг на 1 м^ ячеистого бетона.
Двуводный гипс в тонкомолотом виде применялся для замед­
ления гашения извести. Сульфанол использовался как поверхно­
стно-активное вещество, позволяющее применять алюминиевую
пудру без прокаливания.
Закладные детали защищаются горючим цинкованием по обыч­
ной технологии с добавкой 0,2—0,5 % алюминия. При таком биме­
таллическом покоытии достаточно иметь толщину защитной плен-
/
-б
8* а 1
СП м -
Сч г»
Р«5
О Я •*
2
О св
II я * 8 '
л« ^ о о
0 ,г яп
ки в 100—120 мкм. Антикоррозионная защита арматурного кар­
каса с приваренными закладными деталями проводится цементнополистирольной обмазкой. Твердение происходит в автоклавах
проходного типа диаметром 2,6 м по режиму 2 + 9 + 4 ч. Показа­
тели основных свойств приводятся в табл. 34.
Т а б л и ц а 34. Технико-экономические характеристики
ячеистого золобетона для изделий различного вида
Показатель
Неармированные Те пло изо ля ционмелкие стеновые ные изделия
группы
блоки группы
Стено- ^ Плиты
вые пане­•покры­
ли с об­ тия
лицов­
кой
а
а
400
•
500
5
0,8
1,2
35
35
35
35
10
25
14-00
14-80
1
Средняя плот­
ность, кг/м3, не
более
Проектная мар­
ка, МПа
Прочность на
сжатие, МПа
Отпускная влаж­
ность, %
Морозостойкость ;
циклы
Отпускная цена,
руб/м3
800
800
700
800
3,5
3,5
2,5
3,5
5
5
3,5
25
25
25
25-
58-55
25-82
4
1
6
*
тш т
—
14-20
Исходя из данных 34,отметим завышенную среднюю плотность
и отпускную влажность ячеистых зол обетонов. Эти показатели
в настоящее время значительно улучшены и составляют: сред­
няя плотность 650 кг/м^, отпускная влажность 18—25 %.
Остановимся на основных свойствах газосиликата. По резуль­
татам повседневных испытаний контрольных образцов на Ступин­
ском заводе рассчитаны статистические характеристики средней
плотности и прочности газозолосиликата. Сравнивая фактичес­
кие данные с кривой нормального распределения (на рис. 48 она
нанесена пунктиром), можно видеть их близкое соответствие.
Приведенный статиотический анализ характеризует технологию
завода с положительной стороны. При этом следует учесть, что
соблюдение технологической дисциплины возможно лишь при
повседневном внимании к постоянству свойств золы и извести-кипелки* Зачастую они подвержены значительным колебаниям.
Морозостойкость ячеистого золобетона средней плотности
750 кг/м** составляет до 30 циклов. Для плит покрытия это не
считается достаточным. Поэтому в состав газозолосиликата было
решено дополнительно вводить до 100 кг цемента, в результате
чего морозостойкость увеличилась до 50 циклов.
Влажность изделий в зависимости от состава и плотности яче­
истого бетона находится в пределах 25—35 %. Добавка аглопорита
снижает ее до 25 %.
а)
5
6
6
Прочность- МПа
61л/
700
765 000
Я
Средняя плотность, кг/м3
Рис. 48. Коэффициент вариации по прочности (а) и плотности (б)
газобетона Ступинского завода
Усадка автоклавного газобетона на кварцевом песке составля­
ет обычно 0,4—0,5 мм/м, для газозолосиликата она доходит до
0,75 мм/м.
Газозолобетонные панели на золах горючих сланцев. Особое
место в технологии ячеистых бетонов занимает производство авто­
клавных панелей из зол горючих сланцев. Это объясняется рядом
особенностей зольного сырья.
Горючие сланцы как энергетическое топливо применяют глав­
ным образом в Эстонской ССР и на северо-западе Ленинградской
обл. (г. Сланцы). Кроме того , на них работает Сызранская ГРЭС
(капширские сланцы). Важной особенностью подобного вида топ­
лива является его высокая зольность, доходящая до 50% от ис­
ходной породы. Так, например, на крупнейшей в Эстонской ССР
электростанции — Прибалтийской ГРЭС — сжигается в год около
10 млн. т горючих сланцев, от которых остается около 5 млн. т
золы.
Над проблемой утилизации такого огромного количества золы
в производстве строительных материалов успешно работает ряд
ученых: Е.А. Галибина, В.Х. Кикас, Ф.П. Кивисельг, А.А. Новопашин.
Ш
•« *
У "".
/у
’
Особенность химического состава зол горючих сланцев состоит
в том, что содержание СаО доходит в них до 55%, в том числе сво­
бодной СаО до 18%. В то же время имеется повышенное содержа­
ние сульфатных соединений и щелочей. В результате минералоги­
ческие составы названных и каменноугольных зол существенно
отличаются между собой.
Высокое содержание в минеральной части топлива карбонатов
вызывает сложные процессы ее преобразования. Под влиянием вы­
сокой температуры часть окиси кальция синтезируется в гидравли­
чески активные минералы (С 28 , СА, С оР ), часть входит в состав
стекловидной фазы и часть остается свободной.
В.Х. Кикасом предложено различать по гранулометрическиму
составу следующие три фракции золы: крупную — преобладающее
число частиц имеет размер более 30 мкм, в которых сосредоточено
наибольшее количество извести (м — 1.2—1,9); мелкую — с
размером частиц от 10 до 30 мкм и Сниженным содержанием из­
вести (М0= 0,7—1); мельчайшую — размер частиц которой менее
15 мкм и наименьшее содержание извести (Л ^ = 0,6—0,8). При из­
готовлении ячеистых бетонов и силикатного кирпича находит при­
менение крупная Высококальциевая фракция
золы. Целесооб­
разность ее применения исходит из повышенной гидравлической
активности, проявляемой как за счет наличия самостоятельно
твердеющих клинкерных минералов, так и наличия свободных
СаО и СаЗОф Последние обеспечивают активное вовлечение в про­
цесс.твердения стекловидных частиц золы, поскольку они обеспе­
чивают первичный гидролиз стекла.
Однако наличие свободной СаО играет не только позитивную
роль: замедляется процесс гашения СаО сво5 в результате того,
что поверхность ее во многих агрегатиках покрыта стекловидной
оболочкой. Поэтому негативная роль С а О ^ о б проявляется в де­
структивных процессах, вызывающих снижение прочности и обра­
зование трещин, твердеющих в автоклаве, изделиях и конструкци­
ях. Следует учитывать и значительное превышение в ряде случаев
по сравнению с рекомендуемым соотношение СаО/8 Ю 2 Для
предотвращения
отмеченных
негативных
явлений
НИИ строительства Эстонской ССР [11], [20], [21] разработаны
специальные мероприятия, заключающиеся в предварительном га­
шении золы в автоклаве, составлении оптимальных смесей зола—
молотый песок, применении добавки С аС ^.
Производство автоклавных сланцезольных .газобетонных изде­
лий организовано на двух предприятиях: Ахметском комбинате
стройматериалов, где начиная с 1963 г. изготавливают газобетон­
ные панели, вяжущим для которых служит крупная фракция цик­
лонной золы Ахметской ТЭС, и Нарвском комбинате строительных
материалов. Последний является самым крупным предприятием в
СССР, выпускающим изделия разной номенклатуры для жилищ­
ного, промышленного й сельского строительства, с заменой золь­
ным вяжущим не только цемента, но и извести. Проектная произ­
водительность комбината составляет 420 тыс. м^ изделий в год.
В Нарве исходными составляющими являются дешевые зола и
песок в соотношении 1:1 для ячеистого золобетона и в соотноше­
нии 1:4 для тяжелого бетона. Соответственно расходуется для
конструкций из ячеистого бетона по 300 кг/м’ золы и песка,
для конструкций из золопесчаного бетона 400 и 1500 кг/м .
Используя мелкую фракцию летучей золы, на Ахметском ком­
бинате путем ее помола получают низкомарочное вяжущее под
названием кукермит. Его применяют в строительных растворах.
Зола из ГРЗС
Песок.
«•/-ц.*.г%
;иЛ
ДИГ % '
* • % ТГ “ ?
1 § 1 И ТГЦ
» Ц
ш Яш
ум * *
; •* А
/
*
•••;•
/••
*
П
П
-
>1~1
1
/.
•• • *• *й# "• »#Х
:>•..V '•У,/.-./ л..;.
*
* • *
.
.
*
.
•
*
• *
•
•
Мельница сухого
помола
Арматурные
каркасы
П ТГГТ Г 1 I
Устано
для ЪШитозионнаго Щ р т
покрытия арматуры
| Фрезеробание
1 м
—
в<>уа1«дмим2б
8пропара
& К
2машина
К
М™ °горбушка
^
снятия
А бтоклаВ
А
■
.
шпиелка
_____
►
ш
I
т
Готобоя
продукция
1
Рис. 49. Технологическая схема производства сланцезольного газобетона
на Нао веком КСМ
Рассмотрим более подробно технологию производства сланце­
зольных изделий на Нарвском комбинате. Зола, применяемая
для этой цели, должна содержать СаОсвоз не менее 15%. Соот­
ветствующая технологическая схема представлена на рис. 49.
Она характеризует производство, размещенное в главном корпу­
се комбината, имеющего 7 унифицированных 18-метровых проле­
тов. Основная производственная площадь (5 пролетов) предназ­
начается для изготовления конструкций из ячеистого бетона, один
пролет — для изделий из плотного мелкозернистого бетона; в пер­
вом пролете размещается арматурный цех. Все конструкции и
изделия выпускаются по бесцементной схеме.
С этой целью зола с Прибалтийской ГРЭС поступает в гомоге­
низатор, в котором происходят ее перемешивание и усреднение.
Далее производится помол в шаровых мельницах 2x10,5 м до
удельной поверхности 5 = 3500 см^/г, при этом происходит частич­
ное разрушение оплавленной поверхности частиц. Хотя применя­
ется сухой помол для ускорения гашения извести, в мельницу
подается 2% воды и 10% песка по массе золы. Частичное гашение
золы при помоле улучшает качество изделий и позволяет регули­
ровать температуру приготовляемой сырьевой смеси.
Дополнительно производится мокрый помол кварцевого песка
до удельной поверхности 2000—2500 см^/г, к которому (для ста­
билизации шлама) добавляется около 10% сланцевой золы. Затем
молотая зола и песок после их усреднения в гомогенизаторах по­
даются в дозировочное отделение, где отмеряются с помощью
автоматических дозаторов в соотношении 1:1 по массе.
Особое внимание обращается на выполнение технологических
операций, обеспечивающих гашение извести. Они сводятся к двух­
стадийному процессу твердения отформованных изделий, в резуль­
тате которого удается провести гашение извести до загрузки от­
формованных панелей в автоклав. Первый этап твердения прово­
дится в пропарочных камерах в течение 3—4 ч при 90°С или под
специальными термоколпаками. Затем срезается "горбуша” , если
изделие крупногабаритное, или открываются борта форм и массив
разрезается на изделия требуемых размеров. Твердение изделий
происходит в автоклаве при давлении 1,2 МПа по следующему ре­
жиму, ч:
Продувка автоклава, подъем температуры
и выдерживание при 100°С ................................................................... 3
Подъем давления до 1,2 М Па.............................................................. 1,5
Изотермическая выдержка.................................................................5,5
Спуск давления........................ ..................................................... ..
3
Общая продолжительность....................................................................13
Отличие производства изделий из сланцезольного газобетона
на Ахметском комбинате строительных материалов заключается
в том, что сырьевые компоненты — природный песок и зола — раз­
малываются не раздельно, а совместно, причем для частичного
предварительного гашения золы используется карьерная влажность
песка (табл. 35).
Из данных табл. 35 следует, что по прочностным и упругим по­
казателям газобетон на сланцевой золе не отличается существенно
от аналогичного материала на кварцевом песке.
Усадка сланцезольного газобетона при средней плотности
700 кг/м-* около 0,1 — 0,2 мм/м, морозостойкость при той же
плотности — не менее 35—50 циклов.
Т а б л и ц а 35. Прочностные и деформативные свойства
сланцезолного газобетона в зависимости
от средней плотности
Показатель
Г
Средняя плотность газобетона, кг/мг
Прочность при сжатии,
МПа
\.
:,ч'_ ,, ,.,л
5
.•
Модуль упругости, МПа
1980
6,5
7,5
2610
3520
Отмеченные мероприятия не всегда обеспечивают блокировку
негативного действия свободной' СаО, в результате чего в газобе­
тонных панелях появляются трещины и увеличивается брак.
Как установлено Е Л . Галибиной и Т.Б. Кремерман [11], основная причина таких технологических срывов вызывается измене­
нием параметров работы котлоагрегатов на Прибалтийской ГРЭС.
В результате наблюдаются существенные отклонения грануломет­
рии золы горючих сланцев от заданных показателей. Эти отклоне­
ния выражаются в повышении количества крупных частиц и в ин­
тенсификации образования пережога.
Практически брак может быть предотвращен, если строго выдер­
живаются два технологических параметра производства: удельная
поверхность золы после размола должна составлять не менее
3000 см /г и температура предварительного выдерживания газо­
бетонного сырца до автоклавного твердения должна быть не ниже
85°С [11].
Г л а в а 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ
РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЗОЛ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Прирост энергетических ресурсов страны на Урале, в Сибири и
на Дальнем Востоке в настоящее время осуществляется за счет уве­
личения мощности тепловых электростанций, что, в свою очередь,
ведет к еще большему накоплению запасов каменноугольных зол.
Сказанное лишний раз подверждает, что научные и технические за­
дачи проблемы утилизации зол имеют непосредственный контакт
с экономическими проблемами народного хозяйства.
В результате широкого использования золы и шлаков ТЭС про­
мышленностью строительных материалов может быть достигнут
высокий экономический эффект. Расчетами установлено, что при
применении углеотходов, зол и шлаков ТЭС в производстве порис­
тых заполнителей, керамических материалов и вяжущих можно
сэкономить около 10 млн. т условного топлива, или более 1,5 млрд.
руб. капиталовложений, необходимых на его добычу, переработку
и транспортировку.
При решении проблемы утилизации зол и шлаков ТЭС в качест­
ве сырьевых источников необходимо считаться с их специфически­
ми особенностями, достаточно подробно рассмотренными в пред­
шествующих главах. Лишь с учетом степени однородности сырья,
его энергетического потенциала и золоемкости вырабатываемого
*п
Ф1
О В «од
О
Xпо
40
«о
40в
ГГ
I
ё тл
2
8
2
2
о х о 2
40
0
ют
С
"
сч
н
$
40
о
т
СО
сч
ф
«о
Г-
со
«о
V)
Н
сч
О
*н
со
8
х
ъ
Ю
р^
ф
со01
сч
«л
«
ф
40
N
0
о
ГО
04
0)
1&
о а>
к
&
13
г
я0
1
а*
ев
о
N0
сч
о
ч
40
со
00#1
тГ
Оч
40
40
N
0
N0
о
40
40
о«о
«о
сч
о
00
ш
со
«о•I
о*
ся
<ч
4
0
п
00
40
О
ЧЗ’
40
»н
со
г-
•о
ач
о
*
ч
Н
сч
40
о
Йя у ю
иВ§ &
00
00
оч
о
сч
т
__
Л
о
сч
о
материала можно с уверенностью рассчитывать экономические по­
казатели того или иного производства.
На П Всесоюзной конференции по легким бетонам С.Л. Двор­
ников [16], основываясь на расчетах, проведенных Госстро­
ем СССР, показал эффективность комплексного применения лег­
ких бетонов.
В многоэтажных крупнопанельных зданиях при комплексном
применении конструкций из легких бетонов достигается сущест­
венная экономия по всем показателям (табл. 36). В первую оче­
редь, она выражается в большом снижении массы конструкций —
до 47% по сравнению с массой конструкций из тяжелого бетона.
Эффективность выражается и в экономии стали — до 31%, цемен­
та — до 21,5% [16]. Чем выше этажность крупнопанельного зда­
ния, тем более существенная экономия имеет место при его строи­
тельстве. Наилучшие из приведенных показателей относятся *к 16этажным зданиям, но и для зданий 5 и 9 этажей преимущества
легких бетонов выявились достаточно убедительно (табл. 37).
Из табл. 36 следует, что прямые сметные затраты снижаются
не столь значительно, как масса здания и расход таких ведущих
материалов, как сталь и цемент. В первую очередь, это объясняет­
ся более высокой себестоимостью производства пористых заполТ а б л и ц а 37. Сопоставление экономических показателей зданий
с конструкциями из тяжелых и легких бетонов
Прямые сметные за­
траты, руб/м^ общей
площади
Конструкции
Панели наружных стен
Панели внутренних стен
Комплексная конструкция
перекрытий и полов
Панели покрытия
здание
с несущими
внутренни­
ми конст­
рукциями
из тяжело­
го бетона
здание
с комп­
лексным
примене­
нием
легкого
бетона
ЭконоТо же, %
мия пря- к варианту
мых смет- из тяжелоных затратно бетона
руб.
15172
13;46
16,47
19,1
12,59
15,29
0,62
0,87
1,18
3,1
6,5
7,16
1,21
1,09
0,12
10
нителеи по сравнению с плотными (тяжелыми). Однако и при су­
ществующем положении общая экономия сметной стоимости мо­
жет составлять от 2 до 4% в пользу легких бетонов.
Эффективность применения легких бетонов для несущих кон­
струкций жилых, промышленных и сельскохозяйственных зданий
во многом зависит от соотношения стоимости крупного пористо­
го и плотного заполнителей в регионе. Однако особенно при комп­
лексном применении легкобетонных конструкций указанное соот­
ношение может быть и более единицы.
Так, для одноэтажных промышленных зданий оно рекомен­
дуется не более 1,1; многоэтажных промышленных — 1,2; крупно­
панельных жилых — 1,8; сельскохозяйственных с учетом коэффи­
циента ритмичности — 1,6, а без учета коэффициента
ритмичнос­
ти - 1,1.
Комплексное применение конструкций, в свою очередь, позво­
ляет повысить рассматриваемый показатель еще выше [54]. Оно
экономически оправдано в районах с соотношением стоимости
крупного пористого и плотного заполнителя, не превышающим
в одноэтажных и многоэтажных промзданиях 1,5, крупнопанель­
ных жилых зданиях 2,5, в сельскохозяйственных — 3.
Рассмотренные данные подтверждают эффективность направле­
ния зол ТЭС, в первую очередь, на утилизацию в легких бетонах.
Согласно ряду литературных источников [26], [46], [56], раз­
витие тепловой энергетики предопределяет следующие показатели
увеличения количества отходов и затрат на их удаление.
На 1 млн. кВт мощности тепловой электростанции средний вы­
ход золы и шлака составляет около 500 тыс. т. В настоящее время
строят преимущественно крупные электростанции, мощность кото­
рых составляет 1 млн. кВт и более. Общий выход зол и шлаков по
Советскому Союзу в ближайшие годы достигнет 100 млн. т.
Наиболее распространенным является метод гидрозолоудаления,
который требует крупных капитальных затрат и эксплуатационных
расходов.
Отчуждаемая под золоотвалы территория городов и их окрест­
ностей составляет 300—500 га, а для мощных электростанций она
доходит до 1000 га и более.
По мере повышения мощности электростанций и стесненности
городской территории золоотвалы приходится все дальше отодви­
гать. Коммуникации для перекачки пульпы удлиняются, их протя­
женность доходит до 20 км и более. Капитальные вложения в
строительство золоотвалов и систем золоудаления составляют
от 4 до 10 млн. руб. на одну станцию. С учетом сказанного они в
ближайшие годы могут повыситься до 18—20 млн. руб. Коммуни­
кации для перекачки зольной пульпы сооружаются из дефицитных
стальных труб. .
Целесообразность использования зол и шлаков ТЭС в строи­
тельстве должна оцениваться не только экономическими показа­
телями, хотя они и весьма существенны. Так, экплуатационные
расходы на удаление. 1 т золы и шлаков с тепловых электростан­
ций составляют 1—1,5 руб., для размещения 1 м^ отходов требует­
ся 0,1 м^ земли, капитальные затраты на строительство золо- и
шлакоотвалов равны приблизительно 0,3 руб. на 1 т отходов.
Не менее важны результаты, достигнутые в охране окружаю­
щей среды. Необходимо учитывать, что одя гидроудаления 1 т
золы и шлака в отвалы расходуется 50—77 м3 воды и 30—40 кВт*ч
электроэнергии. Таким образом, если зала не будет направляться
в гидроотвалы, а сразу же поступит в дело (для изготовления
пористых заполнителей или как мелкии заполнитель в легкие
бетоны), открывается возможность экономии названных ресурсов,
электроэнергии, а также пресной воды.
Таким образом, утилизация отходов выгодна, в первую очередь,
энергетической промышленности, поскольку от этого снизятся
накладные расходы по эксплуатации электростанций и стоимость
электроэнергии.
Успешное осуществление комплексной утилизации зол в строи­
тельстве в значительной степени зависит от участия в этом деле
энергетической промышленности.
Одним из исходных экономических показателей, вызывающих
заинтересованность в утилизации зол как предприятий тепловой
энергетики, так и различных строительных организаций, являет­
ся отпускная стоимость золы. Она зависит от дальности транспор­
тировки и местных условий обеспеченности сырьем. Так, в Англии
стоимость газозолобетонных блоков ”Силкон” и ’Термолайт”
устанавливается в зависимости от радиуса зоны перевозки. По­
скольку заводы, производящие блоки, располагаются в непосред­
ственной близости от электростанции, основным фактором, опре­
деляющим стоимость изделия, является дальность расположения
потребителя.
Госкомцен СССР с 1 января 1984 г. установил отпускную цену
золы 0,35 руб. за 1 т,' что показывает экономическую целесооб­
разность ее широкого применения в строительстве. На стоимость
золы влияют способ ее отбора и транспортные расходы. Так, в
тресте Тагилстрой, который получал золу сухого отбора ВерхнеТагильской ТЭЦ железнодорожным транспортом, стоимость сырья
составляла 2 р. 14 к. за 1 т, а при пневмоотборе сухой золы, как
это осуществляется Новосибирским ДСК на ТЭЦ-3, и дальнейшей
транспортировке вцементовозами с последующим хранением ее в
силосах цементного склада стоимость франко-склад не превыша­
ет 1 р. 50 к. за 1 т.
По расчетам Теплоэлектропроекта, отбор сухой золы на стан­
ции с последующим пневмотранспортированием на расстояние
до 1,5 км позволяет получить ее по себестоимости 14 коп. за
1 т. В этих расчетах не учитываются затраты на организацию и пра­
вильную техническую эксплуатацию устройств для золоудаления,
а также экономическое стимулирование электростанции за учас­
тие в решении проблемы утилизации зол. Наиболее целесообразно
назначение отпускной цены в пределах до 1 руб/т.
В ряде стран на электростанциях оборудуют специальные ем­
кости для сухой золы с непосредственной выдачей ее на авто­
транспорт или в железнодорожные вагоны. Если на электростанции
установлены скрубберы и вся зола идет в гидроотвалы, то транс­
портировать ее на заводы удобно автосамосвалами. Дальнейшее
продвижение можно выполнять транспортерами.
Более надежна для мокрой золы гидравлическая схема. Так,
например, в Англии на заводе ”Силкон билдингс блоке” влажная
зола из самосвалов поступает в специальные болтушки, где она
смешивается с водой и в виде жидкой пульпы перекачивается в
гомогенизаторы, а затем в мешалках смешивается с цементом и
газообразователем.
При применении золы в качестве мелкого заполнителя в керамзитобетоне косвенно выявляются те же преимущества по топлив­
но-энергетическим затратам, которые отмечались выше. Важно при
этом достигнуть такого снижения средней плотности легких бе­
тонов, применяемых для изготовления наружных стеновых пане­
лей, которое соответствует требуемым технологическим парамет­
рам. Соблюдение этих параметров, в свою очередь, обеспечивает
экономию топлива при эксплуатации жилых и культурно-бытовых
зданий.
Если зола-унос применяется в качестве мелкого пористого за­
полнителя, заменяя кварцевый песок, за счет уменьшения расхо­
да цемента на 10% и керамзита на 15%, достигается снижение се­
бестоимости 1 м^ керамзитобетона на 1,5—3 руб.
Из опыта работы Новосибирского ДСК-1 следует [33], что
заводская себестоимость 1 м3 керамзитозолобетона марки 150
ниже, чем себестоимость 1 м^ керамзитобетона той же марки
по Прейскуранту 06-14-01 (оптовая цена).
При этом уменьшались трудозатраты на изготовление панелей
в среднем на 22—24 % за счет сокращения ручных операций по
раскладке утеплителя и бетонирования перегородок между наруж­
ными слоями панели. Общий годовой экономический эффект сос­
тавил более 650 тыс. руб.
Отечественная и зарубежная практика показывает, что в ячеис­
тых бетонах золы ТЭС могут рассматриваться как весьма эф­
фективный заменитель кварцевого песка. О собо эффективные по­
казатели имеет производство ячеистых бетонов из высококаль­
циевых зол типа эстонских горючих сланцев. В этом случае мож­
но отказаться от применения портландцемента и извести, органи­
зовав производство с использованием вяжущих свойств лишь са­
мой золы [11].
В связи с тем что в ячеистых бетонах соотношение между вя­
жущим и кремнеземистым компонентами составляет около 1:1,
экономически целесообразна организация на ТЭС жидкого шлакоудаления и изгтовления из гранулированных топливных шлаков
местных вяжущих [9].
Подобные местные вяжущие вполне.пригодны для изготовления
автоклавных газобетонных панелей. Их экономические преимуще­
ства объясняются значительно меньшими затратами топлива и
электроэнергии. Так, для производства 1 т шлаковых и зольных
цементов расходуется только 60 кг условного топлива и 65 кВт.ч
электроэнергии. Удельные приведенные затраты на 1 т подобных
вяжущих составляют 2,5—5,8 руб. [13].
Наиболее крупным предприятием, изготовляющим газозолобе­
тонные панели, является Нарвский комбинат. Экономический
эффект, получаемый этим предприятием, составляет 12,3 руб.
на 1 т золы, что в целом дает предприятию более 500 тыс. руб.
в год.
*
Широкое распространение ячеистые золобетоны получили в
странах—членах СЭВ. Опыт ЧССР показывает, что на изготовление
газозолобетонов там ежегодно попользуется 500 тыс. т золы
и выпускается около 1,25 млн. м? ячеистого бетона. При этом
ежегодная прибыль соответствующих предприятий составляет
52,5 млн. крон. Снижение расхода топливно-энергетических ресур­
сов соответствует 7480 т условного топлива.
Таким образом, основываясь на многочисленных исследованиях
[5], [16], [17], [46], [47], [56], можно сделать вывод о том,
что по сравнению с тяжелыми бетонами легкие бетоны с примене­
нием зол электростанций обладают рядом преимуществ: при мно­
гоэтажном строительстве значительно облегчаются конструкции
фундаментов и оснований; сокращаются затраты на транспортиро­
вание и монтаж легкобетонных конструкций; при крупнопанель­
ном строительстве за счет снижения массы конструкций достига­
ется экономия арматурной стали; для монолитных конструкций
возможно существенно упростить и облегчить опалубку и кон­
струкции временных опор; достигаются повышенные по сравне­
нию с тяжелыми бетонами теплозащитные свойства, мороэо- и
огнестойкость, в результате чего легкие бетоны могут существенно
сократить стоимость эксплуатации зданий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Арончик Э.М., Долгинский Ю.М.., Михайков И.П., Кондратьев М.И.,
Крам ар ь В.Г., Захаренко Е.И., Калядин Ю.А. Использование золы ТЭС в про­
изводстве панелей кровли из керамзитобетона. — Строительные материалы,
1975, №10, с. 9-11.
2. Бигильдеева Г.М. Глинозольный керамзит на основе золы тепловых
электростанций. Промышленность керамических стеновых материалов
и пористых заполнителей. Реф. инф. ВНИИЭСМ. вып.1,-М., 1981,-в 50 с.
3. Бененсон О.Е., Кисилев Н.Г. Использование пылевидной золы ТЭЦ
для производства строительных материалов. - М.: Госстройиздат, 1961. 85 с.
4. Баранов А.Т., Бужевич Г.А. Золобетон. - М.: 1960. - 221 с.
5. Болдырев А.С., Добужинский В.И., Рекитар Я.А. Технический прогресс
в промышленности строительных материалов. — М.: Стройиздат, 1980. —
398 с.
6. Бутт Ю.М., Куатбаев К.К. Долговечность автоклавных сйликатных
бетонов. - М.: Стройиздат, 1966. - 215 с.
7. Васильков С.Г., Виноградов Б.Н., Элинзон М.П., Ха ся нова Р.У. Иссле­
дование процесса агломерации пылевидных зол ТЭЦ. - В кн.: Пористые
заполнители и легкие бетоны на их основе. - М.: Стройиздат, 1966, с. 42-51.
8. Волженский А 3 .9 Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вя­
жущие вещества. 3-е изд. - М.: Стройиздат, 1979. - 473 с.
9. Волженский А. В., Буров Ю.С., Виноградов Б.Н., Гладких К.В. Б его*
ны и изделия на шлаковых и зольных цементах. 2-е изд. — М.: Стройиздат,
1969. - 389 с.
*
10. Венюа М. Цементы и бетоны в строительстве. — М.: Стройиздат,
1980. - 415 с.
11. Галибина Е.А., Кремерман Т.Б. Повышение трещиностойкости газозолобетонных панелей в процессе изготовления. — Строительные материалы,
1980, № 11, с. 4-7.
12. Галибина Е.А. Роль шлакового стекла в гидравлической активности
сланцевых зол. УТ Международный конгресс по химии цемента. - М., 1974.
13. Гладких К.В. Изделия из ячеистых бетонов на основе шпаков и зол. —
М.: Стройиздат, 1976. — 255 с.
>
14. Горчаков Г. И., Орентлихер Л.П., Л ифатов И.И., Мурадов Э.Г. Повы­
шение трещиностойкости и водостойкости легких бетонов для ограждаю­
щих конструкций. - М.: Стройиздат, — 158 с.
15. Горчаков Г.И., Иванов И.А. О комплексной характеристике струк­
туры бетона. - Бетон и железобетон, 1980, № 1, с. 22-2з.
16. Дворников С Л . Состояние и перспективы развития производства
и применения конструкций из легких бетонов на пористых заполнителях.
Госстрой СССР. I I Всесоюзная конференция по легким бетонам. — М.,
1975. - 29 с.
17. Дикерман Н.И. Производство и применение строительных конструк­
ций и изделий из газосиликатного бетона в Московской обл. — В сб.: Ис­
пользование новых легких материалов и отходов производства в строитель­
стве. — М.: Стройиздат, 1972, с. 56—63.
18. Иванов И А . Особенности зол электростанций, влияющие на их ис­
пользование в качестве заполнителя для бетонов разного назначения. — В сб.:
Использование новых легких материалов и отходов производства в строи­
тельстве. — М.: Стройиздат, 1972, с. 50—56.
*
19. Иванов И.А., Гуч кин И .С , Корнев Н.А. Опыт изготовления из легкого
бетона плит покрытия ”на пролет” аомированных канатами.
” ТЪе пш1:Ь
1п*ета1;к)па1 С оп ^гезз о ? *Ье Р1Р” - М., 1982.
20. Кивисельг Ф.П. Стр Строительные материалы из сланцевой золы
НИИ строительства Госстроя ЭстССР. - Таллин, 1971. — 38 с.
21. Кикас В.Х. Изучение и применение сланцезольных цементов. Труды
научно-технической конференции "Изучение и применение ~ланцезольных
цементов”. - Таллин, 1971, с. 10.
22. Козлова В.К. Использование зол тепловых электростанций в произ­
водстве строительных материалов. Алтайское книжное изд.-^>. — Барнаул,
1975. - 143 с.
23. Кокубу М., Ямада Д. Зола и зольные ц ем енты .V I Междуна­
родный конгресс по химиии цемента. — М.: Стройиздат, 1974, с. 36.
24. Крашенников А.Н. Автоклавный термоизоляционный пено­
бетон. — М. —Л., Госэнергоиздат, 1959. — 235 с.
25. Коряков И.Ф. Получение пористых заполнителе* для бетона
агломерацией
пылевидных зол уральских
электростанций. Труды
Уральского политехнического института, вып. 82. — Свердловск,
1959, с. 34-41.
23. Крупин А.А. Перспективы производства пористых заполни­
телей из золы-уноса. Научно-техническая конференция по разви­
тию производства керамзита, зольного гравия и легких конструк­
ций на их основе. Госстрой СССР. - М., 1969. - 12 с.
27. Кудрявцев А.А., Романов Ю.М. Бетоны на крупных заполни­
телях из золы ТЭС. - Бетон и железобетон. 1983, № 4, с. 15-20.
20. Люр Х.П., Эфес Я . Влияние гранулометрического состава золы-уноса с низкими потерями при прокаливании на рост прочности
растворных призм. — В кн.: Труды УТ Международного конгресса
по химии цемента, т. Ш. - М., 1974, с. 24.
• • •
*
.
у ^
^
У
29. Легкие бетоны. Проектирование и технология. Шорт А. й
коллектив авторов. — М.: Сгройиздат, 1981. — 238 с.
0
З а Макаричев В.В., Левин Н.И. Расчет конструкций из ячеис­
тых бетонов. - М.: Госстройиздат, 1962. - 154 с.
31. Миронов С.А., Кривицкий М. Я., Малинина Л.А., Малинскии Е.Н., Сйастный А.Н. Бетоны автоклавного тврдения. — М.:
Сгройиздат, 1968. — 279 с.
32. Миронов С А ^ Малинина Л.А. Ускорение твердения бетона. —
М.: Стройиздат, 1^64. - 347 с.
33. Миловидов В.А., Петерсон Ю.НЦ Иванов И.А. Комплексное
использование долы электростанций на Новосибирском домострои­
тельном комбинате. ВНИИЭСМ. —М., 1972. — 30 с.
34. Массацца Ф. Химия пуццолановых добавок и смешанных це­
ментов. УТ Международный конгресс по химии цемента. - М., 1974,
с. 50.
35. Онацкий С П . Применение добавок в производстве керам­
зита.
36. Павленко С И ., Федыиии Н.И. Кассетное производство из­
делий улучшенного качества с добавкой золы ТЭС. — Бетон и же­
лезобетон, 1974, № 6, с. 12—14.
37. Павленко С И ., Чиркин А.И., Федынин Н.И., Медведев В .М.
Структурообразование
цементно-песчаного
раствора
и
бетона
с
повышенной дозировкой золы ТЭС. - Бетон и железобетон, 1977,
11, с. 16-18.
38.
Панин
А .С
Использование золы-уноса для производства
пористого заполнителя — зольного гравия. - Научно-техническая кон­
ференция по развитию производства керамзита, зольного гравия
и легких конструкций на их основе. Госстрой СССР. - М., 1969. Ю с.
;
V
39. Петров Л.К., Лобанов А. Д., Левкова Т,И. Фазовый состав
аглопорита. — В кн.: Новые строительные материалы и изделия.
Наука и техника. - Минск, 1967, с, 45-52.
40. Попов 'Н.А., Иванов И.А. О рациональных путях комплекс­
ного
использования
зол
электростанций. — Строительные мате­
риалы, 1963, № ^ с. 5-8.
41. Попов э Н Л , Краснова Г.В., Виноградов Б.Н., Рогачева О.И.
Легкие автоклавные бетоны на пористых заполнителях. — М.:
Госстройиздат/!963. - 91 с.
42. Попко* В.Н. Особенности легких бетонов из аглопорита
гравиевидной формы и перспектива их применения в строитель­
стве. — В ^кн.: Конференция по легким бетонам. Будапешт, 1967.
с. 269-274. ?
43. Рекомендации по проектированию и изготовлению сборных
бетонных и железобетонных конструкций из легких бетонов на
аглопоритово*^ гравии из золы ТЭС. - М.: Сгройиздат, 1975. Щ
Л
I*
** *
’I
»*
_
Ч
^
.
IV
^
.•
АР( —
ф
, -Л"
•
ф _
™
♦
44.
Попов
Н.А^
Иванов
И.А.
Характеристика несгоревших
частиц в золах ТЭЦ/Западно-Сибирской ф-л АС и А СССР. Труды,
вып. 5. - Новосибирск: 1961. — с. 18-26.
45.
Рекомендации
по
проектированию состава и технологии
производства конструктивного легкого бетона для несущих кон­
струкций
крупнопанельных
зданий.
ЦНИИЭП жилища/Под
ред.
Спивака Н.Я., - М., 1982. - 52 с.
46. Рекитар Я. А., Гладких К.В., Берлин Э.И. Эффективность производства
и применения строительных изделий на основе топливно-энергетических
шлаков и золгСтроительные материалы, 1968, № 12, с. 15-16.
47. СараптГ И.Г.; Лифшиц А.В., Кондратьев М.И. Применение зол ТЭС в
качестве мелкого заполнителя. - Бетон и железобетон, 1974, № 7, с. 5-7.
48. Спивак Н.Я. Применение зол и зольных материалов в индустриаль­
ном жилищном строительстве. — В сб.: Использование новых легких мате­
риалов и отходов производства в строительстве. — М.: Стройиздат, 1972,
с. 113-118»
49. Сиверцев Г.Н. Процессы при твердении бетонов на основе топлив­
ных шлаков и горелых пород. — В кн.: Зишические процессы твердения бе­
тонов. НИИЖБ, вып. 18. - М., 1960, с. 92-140.
50. Сиверцев Г.Н., Лапшина А.И., Никитина Л.В. Комплексное иссле­
дование процессов твердения зольных вяжущих. — В кн.: Совершенствова­
ние методов исследования цементного камня и бетона. — М.: Стройиздат,
19(58, с. 127—138.
51. Степанова В.Ф. Бетоны на пористых природных заполнителях для
агрессивных сред. - Бетон и железобетон, 1983, № 2, с. 25-27.
52.. Прядилов В.Е. Защита арматуры от коррозии в тяжелом золобетоне. — Бетон и железобетон, 1979, № 9, с. 30—31.
53. федынин Н.И. О гидравлической активности каменноугольной золы
и процессах ее взаимодействия с известью и гипсом. - В кн.: Легкие и тя­
желые бетоны в строительстве Кузбасса. - Кемерово: 1966. — с. 40—57.
54. Эффективность комплексного применения конструкций из легкого
бетона. — Бетон и железобетон, 1982, № 4, с. 2.
55. фигуровский Н.А. Седиментом етрический анализ. — М. — Л., изд-во
АН СССР. 1948. - 332 с.
56. Соорник тезисов докладов IX Всесоюзной конференции по бетону
и железобетону. Повышение эффективности и качества бетона и железобе­
тона. - М.: Стройиздат, 1983, с. 384.
5 7 . Элинзон М.П., Васильков С Г . Топливосодержащие отходы промыш­
ленности в производстве строительных материалов. — М.: Стройиздат,
1980.- 223 с.
.
58. АНотЛ Нагдуу Е. (Лаз пйсгоЪаИоп рагйс1ез {от сопз1гис11—
оп та*епа1з. ” Сегат.А§е” , 78,1962, №4,
59. Вигез В. Епег§еИскё ^а рготуз1о^е оёраду }ако 8ак1ас1па
п о ^ с Ь йгиЬи 1еЬкусЬ 3*аУ1У 888К. ” 8 * г а ^ т о ”, 1961, № 4.
60. СЬареИеу. Ш Ш заЛоп ёи заЫе с!е 1аШег е! ёез сеп — ёгез
Уо1ап1ез с1апз Гез Ьё*опз. ”Кеу. та!ег. сопз*г. е* 1гау. риЪНсз”
1962, № 562-563,197-204.
61. ”Сопсге1е Ьш]сИпр апс! сопкге!е Ргос1ис18” . 41, 1966, № 12.
62. Ризек А1е§. МаНк 81ашз1ау. ЬасЬи^ауате а ш кХ Ш е роро1еека г 1ере1шсЬ е1ес1гапй. ”ТесЬп. ргаса” 14,1962, № 2.
63. 1 а т к е А. Ьез сепёгез Уо1ап1ез еХ ГиИНзаНоп раг. ”Ма1епаих ёе Соз^гисИоп еХ ёе 1гауаих риЪИса” 1958, № 513,
64. Ко^а1епко 2. Ыо>уа ше1о(1а зр1екап1а рорю1о\у 1о1шсЬ
па кгисгудуо Ьиёо\у1апе. ”Сетеп1, ^арп о, (Йрз” , 1966, 21.
65. Ьеп, Впззе!. Е^иёе ёе Ъё^опз а Ьазё с1е заЫез сопзШиёзраг
тё1ап§е с!е 1аШег дгатце ёе Ьаи* - {Ъигпеаи ег ёе сепёгез
Уо1ап1ез ёез изтез *Ьегпияиез. ” Кеу. та1ег. сопзйг. е! *гау. риЬНсз” . 1968, №637.
66. Рсагзоп А.З. ” (лу П еп§1пеепп§’\1964,90.
67. РорПку рУо усе1у зга\уеЪт. Сезкозктепзка з Ш т Могта,
ЧСН 72. 2060.
68. Куап ^У.С. ТЬе ргоёисИоп апё ргореШ ез о!* з1гис*ига1
1л§Ь{тое1{*11{ Сопкге1е 111 Аиз^гаНа. 1п1егпа1юпа1 Соп§гезз оп
1Л$11чге1%Ы Сопсге1е. Ьопёоп, Ма1, 1968.
69. ТеуЬеппе Р.8. Р .С. 1л{;Ь1:\уе1§1п ১ге8а1:е8 *Ье1г ргорегИ
ез апё изе ш сопкгеге 1п 1Ье Ш Н её Юп^йош. 1п1егпаИопа1е
Соп§гез5 оп ифХч/ещЪХ Сопсге1е. Ьопёоп, Ма1, 1968.
70. Уапиа! М. Ш пДиепсе Де 1а 8гапи1оте1пе дев слтеп!» зиг 1ез
ргорпе*ез рЬуз1яиез бее тоШ егез е* Ъе*опз. СЬар. 4 6 ”Кеу.
та(ег. сопЛг. е11 гау риЬИсз” , 1961, 552, 553.
71. 2ипг 0.1. Зот е ехатр1ез о{ шЬеп ап<1 Ьош НдЫше^Ьг.
сопсге1е зЬоиМ- Ье изей. 1п1етаИопа1 Соп^гезз оп 1леЬ*\уе1еЫ:’
Сопсге1е. Ьопйоп, МаЁ, 1968.
72. )Уа<{ 1 .Р. ап<3 ТЬоте Р .1 . ТЬе СошровШоп ап<1 роггЫаш
РгорегИез. оГ Ри1егге<1 Рие1 АзЬез. ”1. Арр1. СЬеш” . 1965, 15,
585 604,1966,16, 33 39.
73. 2аро1осгпа 8 у 1ек Сепо\уе^а. УИу ргоуохшсЬ рос!ггппек у
е1ек1гагпасЬ па ^ако$1 а уЬодпоз! рорИки рго ругоди рогоЬе1опи
” 81аУ1Уо” 1977, 55 3.
Введение.............. ........................................................................................... .. 3
Г л а в а 1. Комплексное использование зол в строительстве.................. 5
Г л а в а 2. Состав золы теплоэлектростанций............................................. 10
Особенности золы в зависимости от исходного каменно­
угольного топлива............... ....................................................... Ю
Форма и однородность строения частиц................................ .... 11
Характеристика органических остатков..................................... 13
Минералогический состав золы и возможности его класси­
фикации ........................................................................................ 1 7
Однородность состава и свойств золы в зависимости от
способа улавливания . . .**...................................................... ..... 21
Г л а в а 3. Основные свойства зол теплоэлектростанций...................... .....25
Насыпная и истинная плотность.............................................. .....25
Химический со ст а в ................................................................. .....26
Температура плавления и микропористость..............................28
Гранулометрический состав................................................... .....32
Гидравлическая активность................................................... .....36
Технические и технологические требования к золам,
применяемым в бетонах......................................................... .....42
Г л а в а 4. Зольные заполнители для бегонов различного в и д а........... .....44
Применение золы в качестве добавки, улучшающей грану­
лометрический состав смеси................................................... .....44
Применение золы в качестве мелкого пористого заполни­
теля ................................................................................. .. .............47
Применение золы для изготовления крупных пористых
заполнителей........................................................... .....................50
Г л а в а 5. Легкие
бетоны на различных видах пористых заполни­
телей и попутных продуктах промышленности..............................................71
Керамзитозолобетон для наружных стеновых панелей . . . .....71
Бетоны и конструкции на глинозольном керамзите. . . . . .....78
Бетоны и конструкции на зольном аглопоритовом гра­
вии .............................. .. .......................................... .. ............. .....84
Бетоны и конструкции на зольном гравии........................... .....96
Сохранность арматуры в зольных бетонах........... „ ............ ..... 9 9
Г л а в а 6. Ячеистые бетоны............................................................................102
Без автоклавные ячеистые золобетоны......................................1 0 4
Автоклавные ячеистые золобетоны................... .. ..................... 1 1 4
Г л а в а 7. Технико-экономические
предпосылки
рационального
применения зол в строительстве.............................................. .......................123
Список литературы . . . . .............. ; ........................................................... .... 130
Производственное издание
Игорь Алексеевич Иванов
ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ЗОЛ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Редакция литературы по строительным материалам и конструкциям
Зав. редакцией П.И. Филимонов
Редактор Е~А. Волкова
Технический редактор Е.Н. Ненарокова
Корректор В.И. Г алюэова
Оператор О.И. Томозова
ИБ № 3832
Подписано в печать 06.02.86 Т-02366 Формат 84x108/32 Бумага
офсетная № 1 Печать офсетная Усл.печл. 7 14 Усл.кр.-отг. 7,35
Уч.-издл. 9.24
Тираж 4600 экз.
Йзд. № АУ1 — 1026
Заказ № / б /
Цена 45 коп.
Сгройиздат, 101442. Москва, Каляевская 23 а
Тульская типография Союэполиграфпрома при Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной тор­
говли г. Тула пр. Ленина, 109
Галибина Е.А. Автоклавные строительные материалы из
отходов ТЭЦ, - П : Стройиздат - 8 л., ил.
Рассмотрены научно-технические основы производства
сланцезольных автоклавных материалов. Разработана класси­
фикация зол твердых топлив в зависимости от их состава. При­
ведены данные об эксплуатационной стойкости автоклавного
газобетона, изготовленного на основе сланцевых зол различно­
го состава. Обобщен опыт применения изделий из сланцезоль­
ных автоклавных бетонов. Изложены технико-экономические
предпосылки рационального использования сланцевых зол в
народном хозяйстве.
Для инженерно-технических работников промышленности
строительных материалов.
Цена 45 коп.
ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!
Готовятся к выпуску:
‘
,
Майлян Р.Л., Ахматов М.А. Железобетон на п чг^
менных отходах. - М.: Стройиздат. - 15 л^ ил.
'
^
Отмечаемся народнохозяйственное значение
или ., г г
отходов камне пиления. Даны характеристики ист# 14КВ1 мате­
риалов и получаемых из них заполнителей для лег? о и об л е ­
ченного бетона и железобетона. Показаны особе» -зеги ттяш*
логии бетонов, приведены их свойства и с о с т а в ОеявоЬа
опыт применения железобетонных конструкций ч ш ц т 111
отходах кзмнепиления и рыхлых сыпучих матсру хт\,щш ш
технико-экономическая эфф •ктивность.
Для инженфно-тсхнических и научных рабуфискод 1щн>
ектных ч научно-исследовательских органнзац4# стройям»
Яустрии.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
8 069 Кб
Теги
ivanovo, primenenie, legkie, elektrostanciy, zol, 4351, beton
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа