CC BY
59УДК 666.94
В.Г. ХОЗИН, д-р техн. наук, О.В. ХОХРЯКОВ, канд. техн. наук, Казанский государственный архитектурно-строительный университет (Казань, Республика Татарстан); А.В. БИТУЕВ, д-р техн. наук, Управление федеральных автомобильных дорог «Южный Байкал» Федерального дорожного агентства; Л.А. УРХАНОВА, д-р техн. наук, ВосточноСибирский государственный технологический университет (Улан-Удэ, Республика Бурятия)
Эффективность применения золы-уноса Гусиноозерской ГРЭС в составе цементов низкой водопотребности
Принятая в 1998 г. в Рио-де-Жанейро концепция устойчивого развития цивилизации имела свою предысторию. В 1945 г. академик В.И. Вернадский обосновал принцип «автотропности», то есть замкнутости кругооборота материальных ресурсов в общественном воспроизводстве как будущее функционирование мировой хозяйственной системы. В настоящее время вторичные материальные ресурсы (отходы) уже начинают обеспечивать мировые ресурсные потребности в разных странах в различной степени.
Строительные материалы, объем применения и широта разновидностей которых многократно превосходят все остальные материалы других отраслей народного хозяйства, могут и должны стать замыкающим звеном технологического кругооборота материалов как в отдельных регионах, так и во всей стране, поглощая, точнее вторично используя отходы практически всех промышленных отраслей и топливно-энергетического комплекса [1].
Максимальное замещение в ближайшие 10—20 лет природного сырья для производства строительных материалов техногенным является неизбежным процессом, как и появление новых строительных материалов и их компонентов с высокими функциональными свойствами.
Около 80% электроэнергии, вырабатываемой в России, приходится на долю тепловых электростанций, сжигающих твердое топливо. Из минеральной части последнего образуются миллионы тонн золы и шлака, которые удаляются по системам гидроудаления и через электрофильтры (зола-унос) [2].
Известно [3], что при пылевидном сжигании угля образуется зола-унос, улавливаемая при очистке дымовых газов с размером частиц от 5 до 100 мкм (85—90%); более крупные оседают в топке и сплавляются в кусочки шлака размером от 1 до 50 мм (10—15%).
Основными компонентами зол каменных углей являются: SiO2 (30-67%); А12О3 (1,3-40%); Fe2Оз (4-23%); СаО (2-35%); МgО (0,5-6%). Как видно, интервалы содержания оксидов весьма велики и непостоянство состава - основной недостаток зольного сырья.
Исследования, посвященные использованию зо-лошлаковых отходов ТЭС в производстве строительных материалов, весьма многочисленны, и в основном получаемые продукты - это:
- искусственные пористые заполнители для легких бетонов (аглопоритовый и зольный гравий, безобжиговый гравий и т. д.);
- глинозольный кирпич;
- вяжущие (золопортландцемент, известково-зольный цемент, ПЦ с минеральными добавками, ПК - клинкер с золой и т. д.);
- бетоны (от обычных тяжелых до ячеистых);
- силикатный кирпич;
- минеральная вата и т. д.
Исходя из химического состава зол наибольший интерес представляет их использование в составе цементов низкой водопотребности (ЦНВ). В работе исследована зола-унос Гусиноозерской ГРЭС филиала ОАО «ОГК-3» (Республика Бурятия), образующаяся при сжигании угля Тугнуйского разреза. Проведена оценка ее пригодности и технической эффективности как компонента ЦНВ. Указанные отходы занимают огромные территории и являются экологически небезопасными источниками загрязнения территории региона, поэтому задача их практического использования весьма актуальна. По уровню эффективной удельной радиактивности нуклидов зола не опасна (280-350 Бк/кг) и может быть использована в гражданском строительстве.
ЦНВ - вид цементного вяжущего, в котором содержание различных наполнителей, в том числе из отходов, отличающихся как химической природой, так и происхождением, может достигать 50-70% без ущерба техническим свойствам [4]. При этом активность по прочности ЦНВ не только не ниже прочности базового цемента, но и может превосходить его на 2-3 марки.
Химический состав золы-уноса Гусиноозерской ГРЭС представлен в табл. 1. Большое содержание SiO2 может способствовать протеканию пуццоланической реакции и увеличению прочности получаемых вяжущих.
Таблица 1
SiO2 AI2O3 Fe Mn Ca Ti P2O5 К (Cu, Pb, Zn,
Cd, Co, Cr, Ni)
50,2 10,3 3,5 0,08 0,62 0,59 1,3 1,8 Остальное
8000
£ 6000
4000
2000
Рис.1. Размолоспособность золы с суперпластификатором С-3: 1 - без С-3; 2 - 1% С-3; 3 - 2% С-3; 4 - 4% С-3; 5 - ПЦ500Д0
0
научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" 76 июль 2011 Ы *
Таблица 2
Наименование показателя Единица измерения Значение показателя
Модуль крупности - 0,88
Содержание фракций 5...10 мм % -
Содержание фракций 10.20 мм % -
Фракционный состав Частные остатки Полные остатки
2,5 0,13 0,13
1,25 0,64 0,77
0,63 % 1,03 1,8
0,315 21,2 23
0,14 39 62
< 0,14 38 -
Истинная плотность г/см3 2,3
Насыпная плотность г/см3 0,82
Пустотность % 64,3
Удельная поверхность см2/г 1150
В табл. 2 представлен гранулометрический состав золы-уноса.
Как видно из табл. 2, зола обладает значительной пустотностью, велико в ней содержание мелких частиц (<0,315 мм), крупные зерна (>5 мм) отсутствуют.
Так как технология производства цементов низкой во-допотребности связана с процессом измельчения, то была определена сравнительная размолоспособность золы.
Результаты, представленные на рис. 1, показывают, что зола размалывается гораздо лучше, чем портландце-
Таблица 3
Наименование показателей ПЦ 500Д0 (Мордовский) ЦНВ-30 ЦНВ-50 ЦНВ-70 ЦНВ-10
С содержанием С-3,%
1 2 1 2 1 2 1 2
Удельная поверхность, см2/г 2800 4680 4600 4600 4670 4740 4550 4500 4550
Энергозатраты, кВт*ч/кг - 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,5 0,45
Свойства цементного теста (ГОСТ 310.3)
Нормальная густота, % 26,5 27,3 26 26,2 25,1 24 23,3 21 20,1
Сроки схватывания, ч-мин
- начало 3-10 4-20 6-10 3-25 3-50 1-40 2-00 2-10 2-40
- конец 4-20 9-50 11-40 6-10 5-50 4-40 4-00 3-00 3-50
Свойства цементно-песчаного раствора (ГОСТ 310.4)
Водовяжущее отношение 0,45 0,36 0,34 0,36 0,35 0,36 0,34 0,33 0,32
Снижение водопотребности, % - 20 24,4 20 22,2 20 24,4 26,7 28,9
Активность вяжущего в возрасте 1 сут нормального твердения, МПа:
- при изгибе 3,3 3,4 2,9 4,5 4,4 5,6 6,2 6,5 6,8
- при сжатии 13,1 14,1 12,3 19,5 22,6 30,6 38,5 40,2 44,6
Активность вяжущего в возрасте 3 сут нормального твердения, МПа:
- при изгибе 4,5 4,8 4,1 6 6,2 6 6,5 7 7,8
- при сжатии 27,3 22 25,1 37,1 39,4 48,5 54,5 60,1 65,8
Активность вяжущего в возрасте 7 сут нормального твердения, МПа:
-при изгибе 5,8 5,6 5,4 6,4 6,9 6,5 7 8,3 9,1
-при сжатии 35,2 36,5 38,5 41,5 45,9 52,9 61,4 63,4 67,9
Активность вяжущего в возрасте 28 сут нормального твердения, МПа:
- при изгибе 6 5,9 5,6 6,8 7,1 6,7 7,1 11 11,8
- при сжатии 49,4 51,1 56,6 63,1 70,1 75,9 86,1 90,5 95,8
Ы ®
научно-технический и производственный журнал
июль 2011
77
Рис. 2. Пилотный технологический комплекс по производству ЦНВ
мент (кривая 5). В то же время в присутствии С-3 раз-молоспособность золы снижается, что отличает ее от других материалов [5].
Далее выполнена сравнительная оценка физико-механических свойств ПЦ500Д0 и ЦНВ на его основе, содержащих 30, 50 и 70% золы (ЦНВ-70, ЦНВ-50 и ЦНВ-30 соответственно). Концентрация суперпластификатора С-3 в составе ЦНВ составляла 1 и 2% от массы вяжущего. ЦНВ готовили путем совместного помола компонентов в вибрационно-шаровой мельнице ООО «Консит-А». Образцы ЦНВ и исходного ПЦ твердели при 1=30°С и влажности 95—100%.
Как видно из табл. 3, энергозатраты на приготовление всех составов ЦНВ сопоставимы друг с другом, кроме ЦНВ-100, увеличение содержания золы в ЦНВ ведет к удлинению сроков схватывания цементного теста. Нормальная густота теста ЦНВ практически не отлича-
ется от нормальной густоты теста ПЦ500Д0. Несмотря на значительное содержание золы-уноса (70 мас. %), марочная прочность ЦНВ-30 оказалась на уровне ПЦ500Д0. При 30% замене ПЦ500Д0 на золу получен ЦНВ-70 с активностью по прочности 800. Очевидно, что зола проявляет пуццоланическую активность по отношению к гидратной извести, выделяющейся при твердении портландцемента, чем и объясняются высокие физико-механические свойства ЦНВ.
Возможность практической реализации результатов исследований сегодня не может вызывать сомнений, поскольку ряд предприятий в России выпускает помольные комплексы. Одним из таких является, например, пилотный опытный технологический комплекс мощностью 1 т/ч, принадлежащий ООО «ЦНВ Арос» (г. Казань). Он сравнительно легко тиражируется и может быть расширен до производительности 10—15 т/ч. В его состав входят промышленно выпускаемое оборудование: мельница, сушилка, дозаторы, фасовочная машина и пр.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о высокой технической эффективности применения золы-уноса Гусиноозерской ГРЭС как второго минерального компонента в цементах низкой водопо-требности. Остается реализовать эту технологию в промышленном масштабе и расширить область применения этих ЦНВ, в том числе при строительстве автомобильных дорог.
Ключевые слова: цемент низкой водопотребности, зола-унос, размолоспособность, прочность.
Список литературы
1. Спасибожко В.В. Основы безотходных технологий. Челябинск: ЮУрГУ, 2001. 132 с.
2. Волженский А.В., Иванов И.А., Виноградов Б.Н. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1984. 255 с.
3. Попов Н.А., Иванов И.А. О рациональных путях комплексного использования зол электростанций // Строительные материалы. 1963. № 8. С. 5—8.
4. Бабаев Ш.Т., Башлыков Н.Ф., Сердюк В.Н. Высокоэффективные вяжущие низкой водопотребности и бетоны на их основе. М.: Стройиздат, 1991.
5. Хохряков О.В., Хозин В.Г., Якупов М.И., Красини-кова Н.М., Сибгатуллин И.Р. Влияние ПАВ (суперпластификаторов и пенообразователей) на размолоспособность портландцемента и наполнителей // Науковий вюник будiвництва — ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - Харыв, вип. 59, 2010. С. 78-90.
_ЮБИЛЯРЫ ОТРАСЛИ
Павловскому заводу 80 лет!
ОАО «Павловский завод» (Ленинградская область) является одним из крупнейших производителей силикатного кирпича на Северо-западе России и располагает производственными мощностями, позволяющими выпускать до 100 млн шт. кирпича в год. Входит в состав ПО «Ленстрой-материалы».
Строительство Павловского завода силикатных строительных материалов было запланировано в конце 20-х гг. XX века для удовлетворения потребностей жилищного и индустриального строительства. В августе 1931 г. было закончено строительство первой очереди завода, и выпущена пробная
партия кирпича. В годы Великой Отечественной войны завод был почти полностью разрушен и вновь стал выпускать продукцию летом 1949 г.
В настоящее время на заводе производятся современные силикатные изделия - пустотелый кирпич, утолщенный пустотелый кирпич, камень, пазогребневые перегородочные блоки, стеновые блоки и др. На долю ОАО «Павловский завод» приходится 15-17% рынка кирпича и 100% рынка производства силикатных строительных материалов в Санкт-Петербурге и Ленинградской области. Все это стало возможным благодаря модернизации и техническому перевооружению предприятия.
Редакция журнала «Строительные материалы»® поздравляет коллектив ОАО «Павловский завод» с 80-летием, желает процветания и дальнейшего динамичного развития!
Редакция журнала «Строительные материалы»®
научно-технический и производственный журнал £J\±Jг\i>\'::
78 июль 2011 Ы ®
