CC BY
96
УДК 666.712:622.333-229.88
СКРИПНИКОВА НЕЛЛИ КАРПОВНА, докт. техн. наук, профессор, nks2003@mail.ru
ЮРЬЕВ ИВАН ЮРЬЕВИЧ, аспирант, yiywork@sibmail.com
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Проведены исследования по использованию золошлаковых отходов в производстве строительных керамических изделий, мелкозернистого и тяжелого бетонов. Определены физико-механические свойства лабораторных образцов керамического кирпича и различных видов бетонов в зависимости от компонентного состава. Установлено, что использование зольных отходов ГРЭС-2 Томской области позволяет получать керамический кирпич с марочной прочностью до М250, мелкозернистые бетоны с классом до В25 и тяжелые бетоны - до В30.
Ключевые слова: керамический кирпич; бетон; раствор; зола; золошлаковые отходы; ЗШО; прочность.
NELLIK. SKRIPNIKOVA, Dr. Tech. Sc., Prof., nks2003@mail.ru IVAN Y. YURJEV, P.G., yiywork@si bmail.ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
COMPLEX USING OF ASHES
AND SLAG WASTES (TOMSK REGION)
FOR PRODUCTION OF DIFFERENT TYPES OF CONSTRUCTION MATERIALS
Researches on use of ashes and slag wastes in production of brick ware, fine-grained and heavy concrete have been carried out. Mechanical-and-physical properties of laboratory samples of ceramic brick and different types of concrete depending on component structure have been defined. It was established that the use of cindery waste of GRES-2 (Tomsk region) allows producing a ceramic brick with branded durability to M250, fine-grained concrete with a class up to B25 and heavy concrete - up to B30.
Key words: ceramic brick; concrete; motor; ashes; ashes and slag wastes; durability.
Промышленное производство стеновых материалов - керамического кирпича и различных видов бетона - все больше сталкивается с нехваткой доброкачественных сырьевых материалов, обеспечивающих выпуск продукции, отвечающей требованиям рынка.
© Н.К. Скрипникова, И.Ю. Юрьев, 2013
Разработка и внедрение новых эффективных материалов, обладающих высокими физико-механическими и теплофизическими характеристиками, является актуальной задачей современного материаловедения. Повсеместное применение технологий по утилизации промышленных отходов в производстве строительных материалов не только снимет обременяющие бюджет расходы на утилизацию, но и станет серьезным источником пополнения бюджетных средств, стимулом к расширению производства строительных материалов.
Уровень утилизации золошлаковых отходов (ЗШО) в России составляет около 4-5 %; в ряде развитых стран - около 50, во Франции и Германии -70, а в Финляндии - около 90 % их текущего выхода. В этих странах применяются в основном сухие золы и проводится государственная политика, стимулирующая их использование. Так, в Польше резко повышена цена на землю под золоотвалы, поэтому ТЭЦ доплачивают потребителям с целью снизить собственные затраты на складирование отходов. В Китае золы доставляются потребителям бесплатно, а в Болгарии сама зола бесплатна. В Великобритании действуют пять региональных центров по сбыту зол [1].
На территории г. Томска на двух крупных золоотвалах тепловой электростанции ГРЭС-2 (ОАО ТГК-11), находящихся в долинах рек Ушайки и Малой Киргизки, на площади 77,5 га накоплено 3863,8 тыс. т ЗШО, по состоянию на 01.01.2010 [2].
Известно большое количество исследований по использованию зол в строительстве [3, 4], но практическое применение носит лишь эпизодический характер. В связи с этим не теряет актуальности обоснование использования ЗШО в производстве строительных материалов, особенно на региональном уровне.
Целью работы* была оценка возможности применения ЗШО г. Томска при получении таких строительных материалов, как керамический кирпич и различные виды бетона. Для этого в лабораторных условиях были проведены эксперименты по подбору рационального состава смеси сырьевых материалов.
Подготовка золы к использованию проходила в два этапа: подсушивание до воздушно-сухого состояния при температуре 50 °С и помол в шаровых мельницах.
Приготовление образцов керамического кирпича производили методом полусухого прессования с использованием глины Верхового месторождения Томской области со следующими технологическими характеристиками: формовочная влажность 10-12 %, давление прессования 25 МПа, сушка 24 ч, температура обжига 950 °С. Содержание золы в шихте изменялось от 10 до 100 % по массе.
Готовые образцы были подвергнуты физико-механическим испытаниям в соответствии с ГОСТ 530-2007 и ГОСТ 8462-85 с учетом масштабного фактора для одинарного полнотелого кирпича. Полученные данные представлены в табл. 1.
* При поддержке государственного контракта.
Таблица 1
Физико-механические характеристики керамического кирпича
№ п/п Содержание золы в шихте, % Плотность, кг/м3 « К X о а о ч и О а о ч о т Предел прочности, МПа Марка по морозостойкости, не менее Прогнозируемая марочная прочность
при сжатии при изгибе
1 0 1900 15 31,5 7,7 Б50 М300
2 10 1860 16 30,7 8,0 Б50 М300
3 20 1780 17 30,0 8,2 Б50 М300
4 30 1720 18 29,6 8,1 Б50 М300
5 40 1650 20 27,1 7,8 Б50 М250
6 50 1600 22 26,6 7,5 Б50 М250
7 60 1550 24 21,9 7,1 Б50 М200
8 70 1490 26 17,3 6,5 Б50 М150
9 80 1420 27 14,4 6,0 Б35 М150
10 90 1350 28 12,7 5,9 Б35 М100
11 100 1300 29 11,0 5,2 Б35 М100
Анализируя данные таблицы, мы видим, что добавление ЗШО до 70 % позволяет получать керамический кирпич с прогнозируемой марочной прочностью М150, что дает возможность использовать его при возведении перегородок в различных типах зданий и сооружений. Составы с золой до 50 % позволяют производить кирпич с прочностью М200, который можно использовать в качестве рядового при возведении несущих стен.
Для применения ЗШО в производстве керамического кирпича необходимо в технологической цепочке установить дополнительное оборудование в виде дозатора. Данная технология успешно внедряется на предприятии ООО СК «Сибдом», согласно договору о совместной деятельности с ТГАСУ.
Ещё одним перспективным направлением является использование зольных отходов при получении тяжелых и мелкозернистых бетонов.
Введение оптимального количества золы в состав бетонной смеси улучшает удобоукладываемость бетонной смеси, снижает водопроницаемость и усадку, обеспечивает высокую морозостойкость. Применение золы не оказывает отрицательного действия на модуль упругости бетона, повышая при этом его сульфатостойкость [4].
Действующие в нашей стране нормативные документы разрешают применять золы в качестве добавки для приготовления бетонов.
Подбор составов бетона с добавкой ЗШО заключается в определении такого соотношения компонентов, включая золу, при котором требуемые свой-
ства бетонной смеси и бетона достигаются при минимальном расходе цемента. В бетонной смеси зола выполняет роль не только активной минеральной добавки, увеличивающей количество вяжущего, но и микронаполнителя, улучшающего гранулометрию песка и активно влияющего на процессы структурообра-зования бетона. Тончайшие фракции золы могут действовать как пуццоланы. Учитывая полифункциональный характер зольной добавки, введение ее взамен части песка позволяет решить задачу оптимизации составов.
Введение ЗШО осуществлялось с различной гранулометрией в зависимости от вида бетона. Подготовленная бетонная смесь укладывалась в опалубку и выдерживалась в течение суток до схватывания. Затем полученные образцы подвергались пропариванию.
Определение физико-механических свойств готовых бетонных образцов проводили в соответствии с ГОСТ 10180-90 и ГОСТ 12730.3-78. Результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2
Физико-механические характеристики бетонов с добавлением ЗШО
Состав (1 - тяжелый бетон; 2 -мелкозернистый бетон) Присутствие ЗШО в составе Физико-механические свойства
Средняя плотность рср, кг/м3 Прочность при сжатии после пропаривания Лсж ср, МПа Прочность при сжатии, 28 сут в естественных условиях ЛСж. ср, МПа Класс бетона (ближайшая марка по прочности) Водопоглощение, %
е с о а м о п по объему Wо
№ 1.1 - 2394 34,0 38,9 В26,5 (М3 50) 1,7 4,1
№ 1.2 * г е 2210 12,0 17,6 В12,5 (М150) 3,5 4,7
№ 1.3 ег 2330 39,0 44,9 В30 (М400) 1,0 2,7
№ 2.1 - 2000 13,5 18,2 В12,5 (М150) 3,8 7,6
№ 2.2 ег 1750 13,5 19,0 В12,5 (М150) 3,3 5,9
№ 2.3 тм* 2100 26,5 32,7 В25 (М300) 0,4 0,9
№ 2.4 ег+тм 1800 14,5 20,7 В15 (М200) 1,8 3,3
*ег - ЗШО с естественной гранулометрией; тм - ЗШО в тонкомолотом состоянии.
По результатам испытаний установлено, что максимальные прочностные характеристики, соответствующие классу В30, имеют образцы тяжелого бетона, при этом водопоглощение по массе и по объему у данных образцов минимально и составляет 1 и 2,7 % соответственно.
Максимальные прочностные характеристики, соответствующие классу В25, имеют образцы мелкозернистого бетона с добавкой молотых золошлаковых отходов.
Таким образом, получены составы тяжелого бетона класса В30 с использованием золошлаковых отходов с естественной гранулометрией и составы мелкозернистого бетона В25 с использованием молотых золошлаковых отходов.
Определены оптимальные составы керамического кирпича и бетонов с применением золы, которые позволяют получать изделия с высокими физико-механическими характеристиками. На основе проведенных исследований установлено, что золошлаковые отходы можно считать перспективным техногенным сырьем для использования при производстве строительных материалов и изделий.
Библиографический список
1. Путилин, Е.И. Обзорная информация отечественного и зарубежного опыта применения отходов от сжигания твердого топлива на ТЭС / Е.И. Путилин, В.С. Цветков. - М. : Со-юздорнии, 2003. - 60 с.
2. Состояние окружающей среды в Томской области в 2010 году / А.М. Адам,
B.А. Коняшкин, С.Н. Воробьев, Ю.В. Лунева // Экологический мониторинг. - Томск : Графика БТР, 2011. - 144 с. - Условия доступа:
http://www.green.tsu.ru/upload/File/doc/ecoobzor/monitoring_2010_innet.pdf
3. Технология получения минеральных волокон путем утилизации золошлаковых отходов и отходов горючих сланцев / Г.Г. Волокитин, Н.К. Скрипникова, О.Г. Волокитин,
C. Волланд // Стекло и керамика. - 2011. - № 8. - С. 3-5.
4. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве / Н.И. Ватин, Д.В. Петросов, А.И. Калачев, П. Лахтинен // Инженерно-строительный журнал. - 2011.- № 4 (22). -С. 16-21.
References
1. Putilin, E.I., Cvetkov, V.S. Obzomaja informacija otechestvennogo i zarubezhnogo opyta primenenija othodov ot szhiganija tverdogo topliva na TJeS [An overview of domestic and foreign experience in the application of waste from solid fuels combustion at thermal power plants]. Moscow, Sojuzdornii Publ., 2003. - 60 p. (rus)
2. Adam, A.M., Konjashkin, V.A., Vorob’ev, S.N., Luneva, Ju.V. Sostojanie okruzhajushhej sredy v Tomskoj oblasti v 2010 [Environment condition in Tomsk region in 2010] / // Jekologicheskij monitoring [Environmental monitoring]. - Tomsk, Grafika DTP, 2011. - 144 p. - Available at : http://www.green.tsu.ru/upload/File/doc/ecoobzor/monitoring_2010_innet.pdf (rus)
3. Volokitin, G.G., Skripnikova, N.K., Volokitin, O.G., Volland, S. Tehnologija poluchenija min-eral'nyh volokon putem utilizacii zoloshlakovyh othodov i othodov gorjuchih slancev [Technology for producing the mineral fibers by recycling of ash and slag waste and waste oil shale] // Steklo i keramika [Glass and ceramics]. - 2011. - No. 8. - P. 3-5. (rus)
4. Vatin, N.I., Petrosov, D. V., Kalachev, A.I., Lahtinen, P. Primenenie zol i zoloshlakovyh othodov v stroitel'stve [The use of ashes and slag waste in construction] // Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal [Civil Engineering Journal]. - 2011. - No. 4 (22). - P. 16-21. (rus)
