CC BY
85
ГРНТИ 67.09.91
А к пар Дамир Талгатулы
магистрант. Архитектурно-строительный факультет.
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова,
г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан,
e-mail [email protected].
Вышарь Ольга Викторовна
магистр. Архитектурно-строительный факультет.
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова,
г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан.
Станевич Виктор Тадеушевич
к.т.н., профессор. Архитектурно-строительный факультет.
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова,
г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан,
e-mail [email protected].
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗОЛЫ АКСУСКОЙ ГРЭС В ПРОИЗВОДСТВЕ АВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА
Утилизация золошлаковых отходов ТЭС — это комплексная проблема, связанная с решением не только экологических задач (уменьшение площади территорий, отводимых под складирование золошлаков, снижение загрязнения окружающей среды при эксплуатации отвалов, сокращение потребления нерудного минерального сырья, замещаемого золошлаками), но и с эффективностью использования экономических механизмов, действующих в современных условиях. В данной статье проводится подбор состава сырьевой смеси для производства автоклавного газобетона с использованием золы-уноса Аксуской ГРЭС, а также приводятся результаты оптимизации составов. Ключевые слова: зола, автоклавный газобетон, золоцемент.
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, классическая автоклавная технология из известково- кварцевых смесей имеет ряд недостатков, которые отрицательно сказываются на конечных свойствах материала. В первую очередь, это низкая влаго- и морозостойкость материала. Пониженные свойства автоклавного материала часто обусловлены неполным прохождением реакции между известью и кварцем. В такой системе всегда присутствует остаточный портландит. Для его полного связывания необходимо
увеличивать тонкость помола кварцевого компонента, температуру и время автоклавной выдержки изделий, что часто экономически нецелесообразно [1-10].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ В работе за основу была принята золо-цементно-кварцевая композиция со сниженным расходом товарной извести. Преимуществом такой композиции является то, что получаемый автоклавный газобетон менее чувствителен к колебаниям свойств различных партий зол. Учитывая, что при помоле свойства золы улучшаются, зола совместно с готовым портландцементом размалывалась в соотношении 50/50,60/40 и 70/30 (по массе). Полученной золо-цементной композицией в составе газобетона замещались 100 % цемента и от 50 до 100 % извести. Количество кварцевого песка в составах золосодержащего газобетона оставалось таким же, что и у контрольного состава, изготовленного на основе извести, цемента и кварцевого шлама.
В качестве контрольного был принят состав конструкционно-теплоизоляционного автоклавного газобетона средней плотности 700 кг/м3
со следующим расходом сырьевых компонентов, кг/м3 (масс. %): портландцемент - 130 (21%); известь - 135 (20 %); молотый кварцевый песок - 380 (59 %).
Таблица 1 - Химический состав золы уноса Аксуской ГРЭС
ею, А1А Ре,О, СаО UgO ТЮ, к,о Иа.О РА МпО, 80, ппп
61,5 27,4 5,65 1,17 0,49 1,49 0,42 0,32 0,52 0,17 0,57 5Д
На первом этапе работы осуществлялся подбор составов сырьевой смеси для производства автоклавного газобетона. В качестве критерия оптимизации была выбрана прочность газобетона при сжатии (рисунок 1).
Рисунок 1 - Зависимость прочности при сжатии автоклавного газобетона плотностью 700 кг/м3 от состава сырьевой смеси
Дальнейший эксперимент производился на составах, позволяющих получить максимальную прочность, а именно, на золо-цементных композициях с добавлением извести от 0 до 50 % (от содержания извести в контрольном составе).
В результате эксперимента установлено, что использование золо-цементной композиции вместо извести позволяет увеличить высоту вспучивания от 10 % до 30 %. Дополнительное введение 10 % извести не оказывает влияния на процесс газообразования. Дальнейшее увеличение извести до 50 % приводит к снижению высоты вспучивания и при этом наблюдается расслоение исходной смеси с образованием крупных воздушных каверн диаметром до 2 см за счет асинхронности процессов вспучивания и схватывания массива. От ускоренного структурообразования газобетонных смесей зависит время нахождения массива в форме до распалубки и резки. Поэтому исследование реологических характеристик таких систем является обязательным этапом.
Как видно из рисунка 2, экспериментальные составы обеспечивают более ранний набор структурной прочности в 2,5 кПа в среднем на 20-30 минут в зависимости от состава. В связи с тем, что одним из основных компонентов газобетонной смеси является зола ГРЭС, которая имеет состав и свойства, колеблющиеся в довольно широких пределах, необходимо было статистически проверить работоспособность оптимальных составов для производства автоклавного газобетона.
ЗУ-50%, ЗУ-50%, ЗУ-60%, ЗУ-60%, ЗУ-70%, ЗУ-60%. контроль ПЦ-40%, ПЦ-50%, ПЦ-30%, ПЦ-40% ПЦ-30% ПЦ-30%, И-10% И-10% И-10%
Рисунок 2 - Прочность автоклавного газобетона плотностью 700 кг/м в зависимости от состава сырьевой смеси
Согласно рисунку 2 можно сделать вывод, что количества золы в составе золопортландцемента с 50 % до 60 % позволяет повысить прочность автоклавного газобетона. Полученная зависимость объясняется тем, что содержание свободной извести в золе пропорционально её основности, а более основная зола обеспечивает синтез большего количества гидратных фаз.
Прочность при изгибе является наиболее структурно - чувствительным показателем свойств неорганических материалов и на ее значение оказывает сильное влияние не только пористость материала, но и фазовый состав новообразований в цементирующей связке автоклавных газобетонов.
В результате проведенного эксперимента установлено, что использование золе-цементных композиций для изготовления автоклавных газобетонов приводит к
повышению как прочности при сжатии, так и при изгибе (рисунок 5) по сравнению с контрольным классическим составом на основе извести, цемента и кварцевого песка. Кроме этого предложенные составы выдерживают 35 циклов попеременного замораживания и оттаивания. В то время как контрольный классическии состав на основе извести, цемента и кварцевого песка не выдерживает 35 циклов, потому что в его составе после автоклавной обработки остается портландит в значительном количестве. Марка по морозостойкости у контроля составляет Р25.
£ s
Cl С
ЗУ-50%, ПЦ-50%,
ЗУ-оО»,. ПЦ-40%
ЗУ-ЖЬ, ЗУ-60%, ПЦ-40%, ПЦ-30%, И-10% И-10%
Рисунок 3 - Зависимость прочности при изгибе автоклавного газобетона плотностью 0700 в зависимости от состава сырьевой смеси
В качестве главных критериев долговечности выступает не только морозостойкость, но и атмосферо- и карбонизационная стойкость, а также усадка при высыхании. В результате проведенного эксперимента по определению стойкости в условиях попеременного высушивания и увлажнения установлено, что более интенсивное разрушение при попеременном высушивании-увлажнении наблюдается у контрольных образцов. Золосодержащие образцы автоклавного газобетона как с добавлением 10 % извести, так и без нее выдерживают 20 циклов попеременного высушивания и увлажнения без образования трещин, при этом усадка образцов (при попеременном высушивании и увлажнении) разных составов находится в пределах от 0,16 мм/м до 0,26 мм/м.
Все составы из золо-цементной композиции имеют усадочные деформации меньше, чем контрольный заводской состав (0,35 мм/м). Установлено, что наибольшей усадкой при высыхании (1,3 мм/м) при температуре 19...21 °С и относительной влажности 50-70 % обладают изделия из контрольного заводского газобетона. Применение золо-цементных композиций как без добавления извести, так и с добавкой 10 % извести приводит к снижению усадки на 22-35 % по сравнению с контрольным составом газобетона. Полученные значения усадочных деформаций находятся в пределах 0,61-0,70 мм/м (рисунок 6).
Количество суток
контроль, —V— ЗУ-50 %, ПЦ-40 %, И-10 % —ЗУ-60 %, ПЦ-40 %, ■ ЗУ-50 %, ПЦ-50 %, -—-— ЗУ-60 %, ПЦ-30 %, И-10 %
Рисунок 4 - Изменение усадки при высыхании во времени в зависимости от состава сырьевой смеси газобетона
Кроме усадки при высыхании бетон подвергается усадке за счет карбонизации. Для того чтобы выявить значение усадки при карбонизации, все составы подвергались принудительной карбонизации в течение 72 ч при давлении 0,15 МПа. Результаты проведенных испытаний показали, что золосодержащие составы после карбонизации имеют как незначительное расширение, так и усадку до 0,5 мм/м. Значение карбонизационной усадки контрольного состава при этом составляет более 2 мм/м.
В результате проведенного эксперимента установлено, что на образцах не зафиксировано появления каких-либо трещин. Предел прочности при сжатии в золосодержащих составах незначительно снижается. Все стеновые материалы, используемые для возведения стен зданий и сооружений, должны подвергаться испытанию на теплопроводность, которая для сухих газобетонов колеблется от 0,13 до 0,23 Вт/(м°С) и находится в линейной зависимости от их средней плотности.
Теплопроводность газобетона определялась методом стационарного теплового потока. Результаты эксперимента показали, что теплопроводность автоклавного цементно-зольного газобетона колеблется в пределах 0,15-0,16 Вт/(м°С) в зависимости от состава сырьевой смеси и полученной средней плотности бетона.
ВЫВОДЫ
Шлаки и золы Аксуской ГРЭС имеют хорошую перспективу для широкого использования с целью ресурсосбережения, то есть решения экономических проблем, связанных с сохранением природных ресурсов страны.
Утилизация 31ПМ представляет перспективное направление для развития малого и среднего бизнеса. Использование их в промышленности, строительной
индустрии и сельском хозяйстве позволит решить важную задачу - экологическую проблему в зоне работы ТЭЦ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Газиев У. А., Акрамов X. А. Отходы промышленностей в производстве строительных материалов и изделий, Ташкент 2003 год.
2 Делицын JI. М., Рябов Ю. В., Власов А. С. Возможные технологии утилизации золы // Энергосбережение. М., 2014. № 2. С. 60-66.
3 Иванов В. В., Вишня Б. JL, Цылкин Е. Б. Увеличение потребления золошлаков - важнейший фактор снижения вредного воздействия ТЭС на окружающую среду // Энергетик. - 2010. - № 4. - С. 34-36.
4 Целыковский Ю. К. Экологические и экономические аспекты утилизации золошлаков ТЭС // Энергия: экономика, техника, экология, 2006. N 4. С. 27-34.
5 Касенов А .Ж., Тлеулесов А. К., Ахметбек А. Н. Производство бетона из отходов АО «Алюминий Казахстана» // Наука и техника Казахстана - 2018. -№1 - С. 61-75
6 Гельманова 3. С., Жаксыбаев Д. М. Особенности образования и использования вторичных ресурсов в металлургическом производстве // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2016.
- № 7 (Ч. 5).-С, 749-753.
7 Арынгазин К. Ш., Ларичкин В. В., Алдунгарова А. К., Свидерский А. К., Быков П. О., Богомолов А. В., Тлеулесов А. К., Маусымбаева Д. К. Инновационное использование твердых техногенных отходов предприятий теплоэнергетики и металлургии Павлодарской области в производстве строительных материалов // Наука и техника Казахстана, 2016 -№ 3-4. - С, 34-39.
8 Панфилов М. И., Школьник Я. Ш., Орининский Н. В., Коломиец В. А.
Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии. - М.: Металлургия.
- 1987.-238 с.
9 Нажекенова А. Ж., Искаков K.M. Модифицированный бетон на композиционном вяжущем с использованием металлургических отходов // Наука и техника Казахстана - 2019. - №1 - С. 6-14
10 Агибаева А. Ж., Аманжолов А., Ларичкин В. В. Разработка оптимального состава бетонных смесей на основе шламаглиноземного производства // Наука и техника Казахстана - 2018. - №3 - С. 64-70
Материал поступил в редакцию 20.05.19.
Акпар Дамир Талгатулы
магистрант, Соулст-к^рылыс факультет!
С. Торайгыров атындагы Павлодар Мсмлсксгпк университет! Павлодар к., 140008, Кгпакстан Республикасы.
Вышарь Ольга Викторовна
магистрант, Сэулет-цурылыс факультет!
С. Торайгыров атындагы Павлодар Мемлекетпк университет!
Павлодар к., 140008, К>пакстан Республикасы.
Станевич Виктор Тадеушевич
T.F.K., профессорСэулет-цурылыс факультет!
С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекетпк университет!
Павлодар к., 140008, К>пакстан Республикасы.
Материал баспага 20.05.19 туст!
Автоклавты газдалган бетон енд1р1с1нде кулд!
Ак;су ЖЭС пайдалану перспективалары
Кул мен шлак цалдыцтарын ЖЭС-да пайдалану кулдi жэне кржды сацтауга арналган алацды цыецарту, цоцые тог1нд1лер1н пайдалану кезтде цоршаган ортаныц ластануын азайту, кул мен шлактыц орнына металдан тыс минералды ишюзатты тутынуды азайту) мэселелер1мен байланысты курделi проблема болып табылады. K,asipzi жагдайда жумыс icmeiimiH механизмдер. Бул мацала Ацсу СОП-т пайдалану арцылы автоклавты газдалган бетон ondipici уиин шитзат цурамыныц тацдауын, сондай-ац композицияларды оцтайландыру нэтижелерт усынады.
KLnmmi создер: кул, автоклавты газдалган бетон, кул цемент.
Akpar Damir Talgatuly
undergraduate student. Faculty of Architecture and Construction, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan. Vyshar Ol'ga Viktorovna
undergraduate student. Faculty of Architecture and Construction, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan. Stanevich Viktor Tadeushevich
candidate of technical sciences, professor. Faculty of Architecture and Construction, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan. Material received on 20.05.19.
Prospects for the use of Aksu TPP ash in the production of autoclaved aerated concrete
Utilization of ash and slag waste from TPPs is a complex problem associated with not only solving environmental problems (reducing the area allocated for storing ash and slag, reducing environmental pollution during the operation of waste dumps, reducing the consumption of non-metallic mineral raw materials replaced by ash and slag), but also the mechanisms operating in modern conditions. This article provides a selection of the composition of the raw mix for the production of autoclaved aerated concrete using fly ash of Aksu TPP, as well as the results of the optimization of the compositions.
Keywords: ash, autoclaved aerated concrete, ash-cement.
