CC BY
21УДК 624.012.45
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-766-12-50-53
С.Э. ЯНЮТИНА, начальник лаборатории (Yanutina@kgi198.gvsu.ru)
ЗАО «198 КЖИ» ХК ГВСУ «Центр» (143203, Московская обл., Можайский р-н, п. Строитель, д. 35)
Использование отходов теплоэнергетики в производстве ЖБИ для решения экологических проблем
Неоднородность состава отходов ТЭЦ в зависимости от региона добычи полезных ископаемых и способа переработки, а также способа удаления в процессе производства требует тщательного исследования влияния отходов и технологических факторов на улучшение прочностных характеристик готового железобетонного изделия. Экспериментальным путем произведен подбор составов бетонной смеси с применением золы-уноса для производства сборного железобетона по кассетной и конвейерной технологиям для получения качественной продукции. Расчет экономической эффективности был проведен для бетонов класса В40 и показал, что в условиях технологии железобетонного завода стоимость 1 м3 бетона с золой ниже бетона того же класса без золы-уноса более чем на 10%. Введение золы-уноса не ухудшило морозостойкости бетона, а значит и его долговечности.
Ключевые слова: энергоэффективность, зола-уноса, бетон, подбор состава бетонной смеси, железобетон, кассетная технология, конвейерная технология, производство железобетонных изделий, экологические проблемы.
Для цитирования: Янютина С.Э. Использование отходов теплоэнергетики в производстве ЖБИ для решения экологических проблем // Строительные материалы. 2018. № 12. С. 50-53. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-766-12-50-53
S.E. YANUTINA, Head of Laboratory (Yanutina@kgi198.gvsu.ru)
ZAO «198 KZHI» HC GVSU «Center» (35, settlement of Stroitel, Mozaysky District, Moscow Oblast, 143203, Russian Federation)
The Use of Wastes of Thermal Power Sector in Production of Reinforced Concrete Products for Solving Ecological Problems
The heterogeneity of the composition of the waste of the CHP plant depending on the region of the mining and the processing method and the method of removal in the production process requires a thorough study of the impact of waste and technological factors on the improvement of the strength characteristics of the finished concrete product. The selection of concrete mix compositions with the use of fly ash for the production of precast concrete according to cassette and conveyor technologies to produce quality products was made experimentally. The calculation of economic efficiency was carried out for concrete of B40 class and showed that under the conditions of reinforced concrete plant technology the cost of 1 m3 of concrete with ash is lower than the concrete of the same class without fly ash by about 10%. The introduction of fly ash did not worsen the frost resistance of concrete, and its durability.
Keywords: power efficiency, fly ash, concrete, selection of concrete mix composition, reinforced concrete, cassette technology, conveyor technology, production of reinforced concrete products, ecological problems.
For citation: Yanutina S.E. The use of wastes of thermal power sector in production of reinforced concrete products for solving ecological problems. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 12, pp. 50-53. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-766-12-50-53 (In Russian).
В настоящее время бетон является самым популярным материалом для строительства жилых зданий и инфраструктурных объектов. Низкое воздействие бетона на окружающую среду, доступность сырья для его изготовления и возможность переработки бетонных конструкций в конце срока службы являются ключевыми характеристиками для эффективного использования этого материала в будущем.
Основным материалом для изготовления бетона является цемент, при производстве которого происходит большой выброс в атмосферу СО2. За последние 30 лет производителям цемента удалось снизить выбросы СО2 на 15%, в основном за счет использования альтернативных материалов и топлива. Однако производители сборного железобетона также могли бы внести посильный вклад для уменьшения выбросов С02 за счет уменьшения количества применяемого цемента [1].
Согласно Распоряжению Правительства РФ от 10 мая 2016 г. № 868-р «О стратегии развития промышленности строительных материалов на период до 2020 г. и дальнейшую перспективу до 2030 г.» необходимо проводить работы по вовлечению отходов в производство строительных материалов [2—3]. В век прогрессивных технологий и возможностей, казалось бы, нет ничего проще, чем создание рецептуры совершенного бетона, полно-
стью соответствующего заданным параметрам производства железобетонных конструкций. А как создать рецептуру бетона с использованием отходов промышленности для решения вопросов экологии? Вовлечь отходы в производство одного из самых востребованных материалов строительной промышленности [4—8]. Однако единого для всех производителей рецепта не существует [9—11]. Учитывая неоднородность состава отходов в зависимости от региона добычи полезных ископаемых и способа переработки, а также от способа удаления в процессе производства, в каждом конкретном случае требуется кропотливая работа по исследованию влияния отходов и технологических факторов на улучшение прочностных характеристик готового железобетонного изделия.
50
декабрь 2018
J^J ®
Таблица 1
Показатели качества золы-уноса
Показатель Результат анализа, % Значения показателя по ГОСТ 25818-2017, не более
SiO2 49,1 Не норм.
А12О3 38,1 Не норм.
Fe2Oз 6,01 Не норм.
СаО 2,98 10
МдО 0,4 5
SOз 0,42 3
Na2O 0,3 3
ППП 3,7 (от 2,5 до 4) 5
Удельная поверхность (дисперсность) 620 м2/кг не менее 250 м2/кг
На ЗАО «198 КЖИ» (г. Можайск, Московская обл.) за период с мая по август 2018 г. были проведены работы по подбору составов бетонной смеси класса В20—В40, применяемого для изготовления изделий по конвейерной и кассетной технологиям. Целью работы являлся подбор составов бетонной смеси с применением золы-уноса в качестве активной минеральной добавки для замещения части цемента в количестве около 10 % в 1 м3 производимой бетонной смеси; изучение влияния применения золы-уноса на прочностные показатели, а в конечном итоге на получение бетона с требуемыми марками по морозостойкости и водонепроницаемости (Рекомендации по подбору составов тяжелых и мелкозернистых бетонов к ГОСТ 27006-86. М.: ЦИТП, 1990. 303 с.).
До начала экспериментальных работ необходимо было провести оценку золы-уноса, которую впоследствии можно применять на производстве. Для этого учитывались следующие решающие факторы: близость расположения поставщика; показатели качества и однородности поступающего материала.
Была выбрана зола-уноса, полученная на Алексинской ТЭЦ (Тульская обл.), показатели качества которой представлены в табл. 1. Термоактивированная зола-унос получена из зольных отходов (золоотвалы, заполненные 40-50 лет назад) Алексинской ТЭЦ путем их активации в режиме термоудара с последующим кондиционированием до соответствия требованиям ГОСТ 25818-2017 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия».
При подборе составов бетона необходимо учитывать технологические особенности производства на каждом предприятии.
В условиях ЗАО «198 КЖИ» производство внутренних стеновых панелей осуществляется в кассетных установках. Применяемая бетонная смесь с маркой по удо-боукладываемости П5 (ОК 24-25 см) подается бетоноукладчиком в отсеки кассетной установки послойно (3-4 слоя), каждый слой уплотняется вибраторными установками, расположенными только на верхней части разделительной стенки отсека, что создает дополнительные трудности для получения качественного уплотнения нижних слоев бетонной смеси и получения категории поверхности изделий А2.
При производстве изделий по конвейерной технологии бетонная смесь уплотняется за счет применения так называемой «низкочастотной» вибрации 18-20 ГЦ, соответственно бетонная смесь должна обладать хорошими реологическими свойствами.
Присутствие высокодисперсной золы-уноса, как самостоятельного компонента бетона позволило улучшить реологические свойства бетонной смеси, исключить ее сегрегацию, повысить прочностные показатели бетона и значительно улучшить качество поверхности и геометрию готовых изделий и конструкций. Введение золы-уноса не ухудшило морозостойкости бетона, а значит, и его долговечности. Работая как микронаполнитель, зола-уноса повышает концентрацию твердых частиц в бетонном конгломерате и снижает его пористость (табл. 2). Также положительно влияет на морозостойкость бетона уменьшение объема и размеров пор, происходящее при пуццолановой реакции. Этот эффект достаточно выражен лишь в поздние сроки твердения [4, 5].
При введении высокодисперсного компонента, такого как зола-уноса, необходимо применять высокоэффективные химические добавки на основе поликарбо-ксилатных эфиров. Добавки должны обладать суперво-доредуцирующими свойствами для компенсации расхода воды затворения и достижения низкого водо-цементного отношения бетона. Важно понимать, авторы стремились получить высокофункциональный бетон с высокими потребительскими качествами, а не заменить часть цемента золой для экономии. Именно такой подход позволил ввести в рецептуру от 50 до 80 кг золы-уноса на 1 м3 бетона.
Повышение прочностных характеристик бетона достигнуто комплексным решением, в котором основную роль сыграл выбор химической добавки. Применяемый на производстве суперпластификатор «Ритент 100» на основе эфиров поликарбоксилатов эффективно справ-
Таблица 2
Определение морозостойкости бетона с золой-уноса (для бетона кассетной/конвейерной технологии) по ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости»
№ п/п Условное обозначение бетона Метод испытания Размеры образцов, мм Количество образцов в серии, шт. Количество циклов Марка бетона по морозостойкости
1 В20 П5 F150 W2/ В20 П5 F1100 W4 Третий ускоренный 100X100X100 12 3 F1100
2 В20 П5 F150 W2/ В20 П5 F1100 W4 Второй ускоренный 100X100X100 18 20 F1100
3 В20 П5 F150 W2/ В20 П5 F1100 W4 Третий ускоренный 100X100X100 12 3 F1100
4 В20 П5 F150 W2/ В20 П5 F1100 W4 Второй ускоренный 100X100X100 18 20 F1100
Ы ®
декабрь 2018
51
ляется с задачей водоредуцирования бетонной смеси и повышения ее удобоукладываемости.
Немаловажным свойством химических добавок является диспергация высокодисперсных частиц золы-уноса и цемента. Поскольку размер частиц применяемой золы находится в пределах 30—40 мкм, необходимо предотвращать их слипание при взаимодействии с водой. Добавка «Ритент 100», являясь сильным дефлоку-лянтом, значительно повышает эффективность использования веществ с высокой удельной поверхностью, таких, как цемент, зола, шлак и др. [6].
Стратегия производства высокофункционального бетона для индустриального домостроения повысит эксплуатационные и эстетические характеристики зданий, позволит создавать дома с низкой стоимостью жизненного цикла. Хотелось бы выделить приоритетность экономической составляющей производства таких бетонов. Введение в состав бетона золошлаковых отходов и эффективных химических добавок позволяет компенсировать его высокую стоимость.
Расчет экономической эффективности был проведен для бетонов класса В40 и показал, что в условиях технологии ЗАО «198 КЖИ» стоимость 1 м3 бетона с золой, применяемого на конвейерной технологии, на 113,46 р. ниже бетона того же класса без золы-уноса. Стоимость 1 м3 бетона с золой, применяемого при кассетной технологии, на 173,52 р. ниже бетона без золы-уноса.
Вторым этапом проведения работ был подбор составов бетона В20, В25, В30. Известно, что низкие классы с маркой по удобоукладываемости П5 с хорошей реологией подобрать на производстве бывает сложно из-за применяемых инертных заполнителей: пески с большим модулем крупности, щебень зачастую только одной фракции 5—20 мм. В данном случае свойство золы-уноса как микронаполнителя помогло решить вопрос подбора составов бетонных смесей, применяемых на производстве при изготовлении изделий по кассетной и конвейерной технологиям для получения бетонов с требуемыми прочностными показателями и марками по морозостойкости и водонепроницаемости.
Важным аспектом является подбор оптимального расхода золы в бетоне. Самый достоверный способ -экспериментальный, учитывающий все особенности и требования технологии производства, а также экономические показатели. Желательно использовать высококачественные золы высокой дисперсности, относительно высокая стоимость которых будет компенсироваться уменьшением стоимости бетона, прочность которого не снижается или снижается незначительно (7).
Оптимальный расход золы-уноса для бетона конвейерной линии составил 80 кг/м3, для бетона кассет-
Список литературы
1. Жужа Амина Куба, Алессио Римольди. Цель 2050: еще больше ЖБИ для пополнения фонда экологичных зданий // Международное Бетонное Производство. 2018. № 8. С. 8-9.
2. Кожухова Н.И., Лебедев М.С., Василенко М.И., Гончарова Е.Н. Воздействие зол-уноса тепловых электростанций на окружающую среду. Сборник трудов IIМеждународной научно-технической конференции. Энергетические системы. 2017, С. 418-423.
3. Рояк Г.С., Грановская И.В., Стржалковская Н.В., Миленин Д.А. Портландцемент, содержащий золу-унос для предотвращения щелочной коррозии бетона // Цемент и его применение. 2015. № 1. С. 89-92.
4. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. М.: Стройиздат, 1998. 768 с.
5. Зоткин А.Г. Прочностные эффекты золы в бетоне // Технология бетонов. 2018. № 9-10. С. 44-47.
ной линии от 60 до 80 кг/м3, уменьшая расход при повышении класса бетона.
Гарантией успеха применения всего вышесказанного является правильный выбор цемента — главного компонента бетона. На ЗАО «198 КЖИ» применяется вяжущее стабильного и проверенного качества — портландцемент со шлаком ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н, ГОСТ 31108-2016 производства «Тулацемент» (п. Новогуровский, Тульская обл.) с содержанием гранулированного шлака 15%. Таким образом, производимый бетон содержит композицию вяжущих веществ, из которых два компонента являются отходами промышленности. Полученный на предприятии результат вносит вклад в решение поставленной задачи перед строительной отраслью по сокращению выбросов в окружающую среду [8].
Проводимые работы по подбору составов бетонной смеси с применением золы-уноса трудоемки и выполнимы только при большом желании руководителя лаборатории. Однако автор статьи призывает всех заинтересованных и увлеченных своим делом специалистов экспериментировать, а полученный результат достоин того, чтобы этим заниматься. Уникальность состава бетона и его экономическая привлекательность повышают конкурентноспособность продукции предприятия и значительно расширяют границы производственных возможностей.
Участие ЗАО «198 КЖИ» в программе утилизации отходов промышленности стало возможным благодаря поддержкегенеральногодиректора Ю.А. Неумывайченко, который уверен, что вовлечение отходов в производство строительных материалов позволит выйти на новый уровень энергоэффективности и снизить негативное влияние на окружающую среду.
References
1. Zhuzha Amin Cuba, Alessio Rimoldi. Purpose 2050: it is even more concrete goods for replenishment of fund of eco-friendly buildings. Mezhdunarodnoe Betonnoe Proizvodstvo. 2018. No. 8, pp. 8-9. (In Russian).
2. Kozhukhova N.I., Lebedev M.S., Vasilenko M.I., Goncharova E.N. Impact of the evils ablations of thermal power plants on the environment. Collection of works IIof the International scientific and technical conference. Power systems. 2017, pp. 418-423. (In Russian).
3. Royak G.S., Granovskaya I.V., Strzhalkovskaya N.V., Milenin D.A. Portlandtsement containing ashes ablation for prevention of alkaline corrosion of concrete. Tsement i ego primenenie. 2015. No. 1, pp. 89-92. (In Russian).
4. Batrakov V.G. Modifitsirovannye betony [The modified concrete]. M.: Stroiizdat, 1998. 768 p.
5. Zotkin A.G. Strength effects of ashes in concrete. Tekhno-logiya betonov. 2018. No. 9-10, pp. 44-47. (In Russian).
52
декабрь 2018
J^J ®
6. Хигерович М.И., Байер Е.И. Гидрофобно-пласти-фицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. М.: Стройиздат, 1979. 335 с.
7. Зоткин А.Г. Бетоны с эффективными добавками. М.: Инфра-Инженерия, 2014. 160 с.
8. Баженов Ю.М. Технология бетонов. М.: АСВ, 2011. 485 с.
9. Герасимова Н.П. Зола-уноса как сырье для производства бетонных блоков при решении экологической проблемы утилизации золошлаковых отходов ТЭЦ // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 6 (113). С. 122-127.
10. Зайченко Н.М., Петрик И.Ю. Высоко-функциональные бетоны с различным содержанием обогащенной золы-уноса ТЭС. Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение. Сборник статей IV Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию Инженерно-технического института Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. Якутск, 2016. С. 240-244.
11. Александров А.О. О применении термоактивированной золы-уноса для замены цемента в строительстве // Цемент и его применение. 2017. № 3. С. 88-91.
12. Рязанов А.Н., Винниченко В.И., Недосеко И.В., Рязанова В.А., Рязанов А.А. Структура и свойства из-вестково-зольного цемента и его модификация // Строительные материалы. 2018. № 1-2. С. 18-22. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-756-1-2-18-22
13. Петухов А.В., Коровкин М.О., Ерошкина Н.А., Лавров И.Ю. Перспективы развития технологии бетона с высоким содержанием золы-уноса // Молодежный научный вестник. 2018. № 3 (28). С. 112-118.
14. Овчинников Р.В., Авакян А.Г. Оценка золошлако-вых отходов как добавки в бетон // Новые технологии. 2014. № 1. С. 100-107.
6. Higerovich M.I., Bayer E.I. Gidrofobno-plastifitsiruyu-shchie dobavki dlya tsementov, rastvorov i betonov [The hydrophobic plasticizing additives for cements, solutions and concrete]. Moscow: Stroyizdat, 1979. 335 p.
7. Zotkin A.G. Betony s effektivnymi dobavkami [Concrete with effective additives]. Moscow: Infra-Inzheneriya, 2014. 160 p.
8. Bazhenov Yu.M. Tekhnologiya betonov [Technology of concrete]. Moscow: ASV, 2011. 485 p.
9. Gerasimova N.P. Ashes ablation as raw materials for production of concrete blocks at the solution of an environmental problem of utilization of zoloshlakovy waste of combined heat and power plant. Vestnik Irkutskogo gosu-darstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2016. No. 6 (113), pp. 122—127. (In Russian).
10. Zaychenko N.M., Petrik I.Yu. High-functional concrete with various content of the enriched ashes ablation of thermal power plant. Modern problems of construction and life support: safety, quality, power - and resource-saving. The collection of Articles IVofthe All-Russian scientific and practical conference devoted to the 60 anniversary of Technical institute of the Northeast federal university ofM.K. Ammosov. Yakutsk. 2016, pp. 240-244. (In Russian).
11. Alexandrov A.O. About use of the thermoactivated ashes ablation for replacement of cement in construction. Tsement i egoprimenenie. 2017. No. 3 pp. 88-91. (In Russian).
12. Riazanov A.N., Vinnichenko V.I., Nedoseco I.V., Riazano-va V.A., Riazanov A.A. Structure and properties of lime-ash cement and its modification. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2018. No. 1-2, pp. 18-22. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-756-1-2-18-22. (In Russian).
13. Petukhov A.V., Korovkin M.O., Eroshkina N.A., Lav-rov I.Yu. The prospects of development of technology of concrete with the high content of ashes ablation. Molodezhnyi nauchnyivestnik. 2018. No. 3 (28), pp. 112-118. (In Russian).
14. Ovchinnikov R.V., Avakyan A.G. Assessment of zolosh-lakovy waste as additives in concrete. Novye tekhnologii. 2014. No. 1, pp. 100-107. (In Russian).
I Международная конференция «Композиционные материалы и конструкции в современном строительстве: FibroMix 2018»
10-12 октября 2018 г. на базе Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (СПбГАСУ) прошла I Международная конференция «Композиционные материалы и конструкции в современном строительстве: FibroMix 2018». Ее организаторами выступили агентство «КВИНТЕТ» и Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет при спонсорской поддержке компаний ООО «БалтМонолитСтрой» (официальный дилер Концерна BASF по Северо-Западному федеральному округу), ООО «ХайдельбергЦемент Рус» и ОАО «Сланцевский цементный завод «ЦЕСЛА» (предприятие группы HeidelbergCement). В ее работе приняли участие более 100 делегатов от предприятий и научных организаций из России, Беларуси, Казахстана и Украины.
Работу конференции FibroMix предваряли курсы повышения квалификации для специалистов строительной отрасли по программе «Современные цементные композиты», на которых были освещены теоретические и практические аспекты современных проблем технологии бетонов.
В ходе основной деловой части конференции было представлено более 50 докладов, темы которых охватили все основные направления производства и использования композиционных материалов. Помимо общих, характерных для практически всех сегментов строительного материаловедения тем, были затронуты и специфические проблемы.
Научный руководитель конференции, член-корреспондент РААСН, член редакционного совета журнала «Строительные материалы»®, доктор технических наук, профессор Пухаренко Ю.В. представил собравшимся «Миссию фибробе-тона в современном строительстве». Он отметил, что изначально конференция задумывалась как дань памяти доктору технических наук, профессору ИА Лобанову, и была приурочена к его 90-летию. Игорь Александрович - один из основателей отечественной научной школы по проблеме дисперсно-армированных бетонов. Более 25 лет под его руководством велись широкие исследования в области фибробетонов, в ходе которых разработаны теоретические основы создания таких композитов, изучены возможности применения различных видов волокон и их комбинаций в качестве дисперсной арматуры, определены области рационального использования различных видов дисперсно-армированных композитов. Однако в процессе подготовки стало очевидно, что темы и проблемы
фибробетонов напрямую связаны со многими другими смежными областями строительного материаловедения, поэтому тематика докладов была существенно расширена.
С докладами на конференции выступили представители СПбГУ, ПГУПС, СПбПУ, Воронежского ГТУ, НГАСУ, Тверского ГТУ, Ивановского ГПУ, Мордовского ГУ, Иркутского НИТУ, Южно-Уральского ГУ, Забайкальского ГУ, НИИ медицинской микологии им. П.Н. Кашкина, СЗГМУ им. И.И. Мечникова, Белорусского ГУ.
Среди участников конференции были представители компаний «ЛСР Бетон», «ЛуяБетомикс», «Банг и Бонсомер», «Би Райт», «Геоизол», «Конгломерат», «Конкритлайн», «Самарский гипсовый комбинат», а также производители и поставщики фибры - компании «БАСФ» и «Фибротех», целлюлозных волокон -компания «Реттенмайер Рус», композиционных материалов - «Sika» и «Ажио», производители цемента LafargeHolsim Russia и многие другие.
Особый интерес вызвала серия докладов, посвященных теме биоразрушений строительных материалов и конструкций и обусловленных этим экологических, ремонтно-строительных и реставрационных проблем.
По мнению первого проректора СПбГАСУ И.Р. Луговской, насыщенная программа, новые контакты, интересные дискуссии станут прочным «фиброфундаментом» новой конференции, которая станет местом встречи профессионалов в области композиционных материалов и конструкций современной строительной отрасли.
www.baltimix.ru
¡TPfJ>ITE/lbrlblE научно-технический и производственный журнал J ® декабрь 2018
