Использование промышленных отходов в технологии производства легкого бетона

Продолжение таблицы 3.1

3.2 Обзор технической литературы

  Основное направление в развитии производства искусственных пористых заполнителей в широком использовании промышленных отходов и, в первую очередь, - зол и шлаков ТЭС (ТЭЦ), отходов обогащения металлургического, химического и других производств. Развитие промышленного производства пористых заполнителей из зол ТЭС в районах расположения их сырьевых ресурсов позволяет значительно повысить экономическую эффективность в подотросли и во многом, способствует решению комплекса коренных проблем экономического использования природного сырья, сокращения выбросов промышленных отходов в отвалы, организации безотходных производств, возвращение в сельскохозяйственный оборот земель, занимаемых под отвалы; снижение стоимости конструкций и повышение эффективности строительства.

  Например, золы и золошлаковые смеси ТЭС могут применяться в качестве заменителя мелкого заполнителя а легком бетоне как в натуральном виде, так и в смеси с искусственным мелким пористым заполнителем, например, керамзитовым песком. С использованием зол ТЭС в качестве мелкого заполнителя возможно получать керамзитобетоны классов В 3.5...15 при экономии цемента 10...25%.

  Прочностные и деформативные свойства керамзитозолобетонов на некоторых золах оценивались по показателям прочности при сжатии, призменной прочности, прочности при осевом растяжении и начальном модули упругости. Перечисленные прочностные свойства керамзитобетонов классов В 5...15 соответствуют нормативным сопротивлениям указанных классов, Однако следует отметить, что начальный модуль упругости бетона класса В 15 меньше нормативных значений на 15 %, что необходимо учитывать при проектировании керамзитозолобетонных несущих конструкций. Следует подчеркнуть, что около 70 % зол от сжигания каменных углей Карагандинского, Кузнецкого и Экибастузского бассейнов содержат до 10...12 % несгоревшего топлива. Использование их в качестве мелкого заполнителя в легких бетонах, например, в керамзитобетонах, не вызывает особых опасений. Золы же, полученные от сжигания углей Донецкого бассейна, на которых работает около 70 теплоэлектростанций страны, содержат 20 % и более несгоревшего топлива. Поэтому при решении вопроса об их использовании необходимо проводить специальные исследования для конкретных условий долговечности золобетона по показателям морозостойкости, стойкости при попеременном увлажнении и высушивании, а также коррозионной стойкости. В принципе такие исследования необходимо делать для всех малоизученных пористых заполнителей бетонов, полученных из отходов промышленного производства.

   Такие исследования, проведенные в институте НИИ керамзит (г.Самара), позволили обосновать возможность использования зол ряда ТЭС Самарской области и других регионов страны с содержанием несгоревшего топлива до 25 % в керамзитобетонах классов В 3.6...В5. Следует отметить, что применение зол ТЭС в ограждающих конструкциях предопределяет необходимость проведения сравнительных испытаний теплофизических свойств бетонов /2/.

  Необходимо отметить, что численные значения коэффициентов теплопроводности бетонов не золе ТЭС, керамзитовом песке и на их смеси близки между собой, несмотря на различие в средней плотности бетонов. Вероятно, это можно объяснить качественным отличием фазового состава растворной составляющей бетона на золе и керамзитовом песке. Большое содержание стеклофазы в зольной растворной составляющей по сравнению с раствором на керамзитовом песке практически компенсирует большое значение насыпной плотности золы ТЭС.      

   Из полученных данных также следует, что наилучшие результаты по теплоизолирующей способности имеют керамзитобетонные образцы на смеси керамзитовых песков и зол ТЭС. При этом наименьшее значение теплопроводности имеют бетоны, содержащие 60 % керамзитового песка и 40 % золы. Такой мелкий заполнитель, сочетающий низкую себестоимость золы, ее гидравлическую активность и возможность замены до 25 % цемента, а также невысокую насыпную плотность керамзитового песка, позволяет повысить эффективность ограждающих керамзитобетонных конструкций. При этом также следует учитывать, что на производство керамзитового песка расходуется до 80 % топлива, идущего из изготовление керамзита. С этой точки зрения, при возможности получения керамзитобетона заданных свойств на мелком заполнителе - золе ТЭС предпочтение следует отдавать данному варианту.

   Аглопоритовый гравий, получаемый путем спекания зольного сырья на -агломерационных машинах, пригоден для изготовления разнообразных легких бетонов классов В 3,35...3,5.

Из данных основных свойств легких бетонов на аглопоритовом гравии следует, что область применения аглопоритового гравия -конструкционный и лишь частично теплоизоляционно-конструкционный бетон.

   Сопоставление бетона на зольном аглопорите с керамзитобетоном дает основание признать их равноценными не только по прочности, но и по деформативным показателям, при нормативных расходах цемента.

   Безобжиговый зольный гравий изготавливается путем грануляции и последующей тепловой обработки сырца, состоящего из смеси золы и вяжущего. На основе зольных гранул (крупный заполнитель) и золы (мелкий заполнитель) возможно получение конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов классов В 3,5...В 15 с плотностью в сухом состоянии 1200...1600 кг/м3.

Эффективность производства безобжиговых искусственных пористых заполнителей и изделий из них, например, мелкоштучных стеновых блоков, обусловливается тем, что при этом не требуется сложного технологического оборудования,

АглопоритовыЙ щебень получаемый из отходов угледобычи и углеобогащения пригоден для изготовления легких бетонов классов В10...В20 со средней плотностью 1200...1800 кг/м3.     

   Анализ свойств показывает что легкие бетоны, изготовленные с применением щебня из углеотходов, имеют прочностные и деформативные свойства, не отличающиеся от свойств бетонов, изготовленных на традиционных пористых заполнителях.

   Преимущества шлаковой пемзы проявляются прежде всего при производстве конструкционно-теплоизоляционных бетонов. Однако ее применение эффективно и для изготовления высокопрочных конструкционных бетонов, в которых крупным заполнителем служит пемза. Технологическая схема производства шлаковой пемзы вододутьевым способом представлена на рисунке 3.1 , бассейновым способом представлена на рисунке 3.2.

1– шлаковый желоб электропечи; 2 – струйный вододутьевой аппарат; 3 – экран; 4 – газоотводные трубы; 5 – газосборная камера; 6 – пластинчатый конвейер; 7 – валковая дробилка;

8 – наклонная галерея; 9 – разгрузочная камера; 10 – воздуховод; 11 – чашевый охладитель; 12 – транспортер; 13 – приемный бункер дробильно-сортировочного узла

   Рисунок 3.1 Схема производства шлаковой пемзы вододутьевым способом

1 – шлаковый ковш; 2 – шлаковый желоб; 3 – гидрозатвор; 4 – толкатель; 5 – стационарный бассейн; 6 – откидная стенка; 7 – газосборная камера; 8 – отводная труба; 9 – приямок для шлаковой пемзы; 10 – грейферный захват; 11 – приемный бункер дробильно-сортировочного узла

   Рисунок 3.2 - Схема производства шлаковой пемзы бассейным способом

Гранулированные фосфорные шлаки можно использовать как активную минеральную добавку к цементной шихте до 15%. Их применение в цементной промышленности позволяет снизить расход топлива на 6–7%. Шлакопортландцемент на основе фосфорных шлаков интенсивнее приобретает в изделиях: прочность, которая превышает прочность обычных цементов. Экономическая эффективность замены производства 1 т цементного клинкера производством 1 т гранулированного шлака ориентировочно составляет 7,65 руб. Экономически целесообразным являются и производства из фосфорных шлаков шлакового щебня, минеральной ваты, шлакоситалловых и других изделий /2/.

Ученым Ложкиным В. П. /3/ проводились исследования о целесообразности использования отходов поливинилхлоридов в конструкционно-теплоизоляционных легких бетонах. В своей статье он приводит анализ, как снизить требуемый расход цемента, улучшить стойкость бетона к кислотам, щелочам и мочевине. Ученым была разработана оптимальная технология приготовления легко-бетонных смесей модифицированных вторичным поливинилхлоридом и дибутилфталатом.

Для модификации структуры керамзитобетона был использован вторичный поливинилхлорид (ПВХ) - мелко измельченный отход производства дренажных гофрированных труб фракции 0,006-0,15 мм, более 90% которых составляет ПВХ. Для снижения хрупкости композиции, обеспечения равномерности перемешивания и снижения температуры плавления ПВХ предварительно смешивается с дибутилфталатом (ДБФ), выдерживается не менее 6 часов, после чего вводится в состав бетонной смеси на стадии перемешивания заполнителей.

В качестве  объекта  модификации выбраны керамзитобетоны М75…М100(В5...В75) на различных   песках: кварцевом, карбонатном и дробленном керамзитовом. Выбор различных типов песков обусловлен необходимостью расширить номенклатуру модифицированных бетонов.

Экспериментально оптимизирована следующая последовательность приготовления бетонов отходами ПВХ: 

1. Загрузка и перемешивание заполнителей совместно с   

композицией "ПВХ+ДБФ" и 1/3 воды.
  2. Введение цемента с пластифицирующей добавкой и 1/3 воды.
  3. Добавлять оставшаяся часть воды с воздухововлекающей добавкой.

При модификации отходами ПВХ керамзитобетона на пористом керамзитовом песке, установлено, что на керамзитобетоне плотной структуры без воздухововлекающих добавок эффект значительно снижается. Так, например, для поризованного керамзитобетона увеличение прочности после модификации составляет 100%, а для керамзитобетона плотной структуры 20%. Это обстоятельство связано, с возможностью заполнения поровой структуры бетона расплавленной композицией ПВХ, увеличивающейся в объеме в несколько раз по сравнению с объемом исходного, полимера. Кроме того, выделение летучих  веществ  при тепловой обработке (ТО) в большей степени разрыхляет структуру плотного бетона, чем поризованного.

   Кузбасским Государственным Техническим Университетом проведены научные исследования по разработке безобжигового зольного гравия на бесклинкерной и клинкерной основе; разработаны составы лёгкого бетона на зольном гравии; определены физико-механические характеристики этих бетонов /4/.

Золы и шлаки применяют при производстве бетонов достаточно широко. Имеются технологические и научные основы получения целого ряда строительных материалов на их основе. Однако эффективное использование отходов ТЭС возможно только на основе анализа свойств конкретных материалов. Химические, физические, минералогические и другие характеристики золошлаковых отходов, главным образом, зависят от свойств сжигаемого топлива и способов отбора отходов.

Химический состав золы-унос Кемеровской ТЭС, использовавшейся для производства клинкерного и бесклинкерного видов зольного гравия содержит малое количество окиси кальция (от 3% до 5,7%) и относится к кислым - их модуль основности Мо=0,11-0,06. Они содержат 67,7%-75,3% SiO2+Al2O3+FeO. Такие шлаки и золы неспособны самостоятельно твердеть, но приобретают гидравлическую активность в смеси с щелочами (жидкое стекло, цемент) при тепловлажностной обработке. Золы электростанций города Кемерово характеризуются незначительным разбросом истиной плотности (2,1-2,23 г/см3), в тоже время их тонкость помола колеблется от 1800 до 3714 см2/г. Потери при прокаливании золы-унос, ниже допустимой нормы 5%, а естественный радиационный гамма фон отвечает санитарным нормам.