CC BY
9Повышение качества золошлаковых компонентов, используемых в бетонной смеси
Свинарев Владислав Сергеевич,
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет, v1adislavsv97@gmail.com
Горбунова Екатерина Сергеевна,
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет, gorbunova.es1997@mail.ru
Шульженко Екатерина Владимировна,
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет, shulzhenko.ev@students.dvfu.ru
В данной статье предложен ряд возможных методик для повышения качества строительно-технических показателей отходов сжигания твердотопливных источников энергии, в частности, сухого пепла, получаемого на тепловых электростанциях. Также описаны результаты использования различных методов обогащения золошлаков для того, чтобы перечень возможны сфер применения данного сырья был расширен, а также выросли объемы использования вторичного сырья, в нашем случае сухого пепла, в оговоренных сферах человеческой деятельности. Также отдельно рассмотрены варианты использования летучей золы, образующейся на электростанции, в строительном производстве и приведены ограничения на ее использование. Также широко рассмотрена мировая практика применения сухого пепла и прочих продуктов жизнедеятельности ТЭЦ в сфере строительства, приведено сравнение с русской практикой.
Ключевые слова: бетонная смесь, прочность бетонного камня, золошлаковое вяжущее, замена инертных, экология, переработка золошлака
Зола и шлак из-за разнообразия свойств энергетических углей и других видов твердого топлива и условий сгорания, а также различных способов их сбора и удаления имеют различный химический и минералогический состав, гранулометрический состав, химическую активность и температуру плавления. В соответствии с РД 34.09.603-88 по химическому составу золошлак можно разделить на кислотные и основные группы; по содержанию горючих веществ - золошлаков с низким, средним и высоким содержанием горючих веществ (потери при воспламенении ниже 5, от 5 до 10 и более 10% соответственно); по гранулометрическому составу -мелкий, средний и большой (удельная поверхность менее 150, от 150 до 300 и более 300 м2 / кг соответственно); по температуре плавления - низкая, средняя и высокая (температура плавления ниже 1250, от 1250 до 1450 и более 1450 ° С соответственно) [1].
Основными характеристиками для оценки возможности использования золошлаковых материалов при производстве строительных и конструкционных материалов являются химический состав, содержание горючих веществ и свободного оксида кальция, удельная поверхность и температура плавления. Дополнительными характеристиками золы и шлака являются влажность, структура зерна, объемная плотность и содержание стеклообразных частиц в летучей золе. С другой стороны, пригодность золы и шлака в качестве основного сырья для производства строительных материалов определяется, прежде всего, отсутствием или ограниченным содержанием вредных компонентов, которые ухудшают физико-механические и эксплуатационно-технические свойства изделий или усложняют технологические производственные процессы и ограничение области применения.
Смола летучей золы, шлака и золошлаков, полученная при сжигании твердого топлива, может использоваться только в том случае, если их свойства соответствуют требованиям технических стандартов Таким образом, в бетоне может использоваться только сертифицированная зола-унос, отвечающая требованиям стандарта ГОСТ 25818-91. Летучая зола, которая не соответствует тому или иному стандарту, может использоваться для других целей, если она соответствует необходимым требованиям или может храниться на свалках. Из приведенной выше информации следует отметить, что качество переработки золы и шлака строго регламентирована. В то же время режимы сгорания на ТЭЦ не всегда способствуют производству золошлаков «стандартного набора» характеристик и свойств. По
X X
о
го А с.
X
го т
о
м о
о
см
О Ш
т
X
<
т о х
X
этой причине обогащение золы или шлака следует рассматривать как обычную операцию, выбирающую технологию переработки золы и шлака на ТЭС.
В настоящее время обогащение золы и шлака по ряду важных параметров, например, удаление избытка водорода или увеличение размера частиц не регулируется. В то же время в европейском стандарте EN 4502005 «Летучая зола для бетона» установлены требования к составу и свойствам обогащенной летучей золы.
В некоторых европейских странах существуют установки для обогащения летучей золы, направленные на улучшение ее свойств за счет разделения определенных фракций, отделения непареного углерода, смешивания, активации и т. Д. В Германии посредством воздушной классификации мелкие фракции подаваемой золы с размером до 10 или 20 микрон отделяются и добавляются в бетон, пластик и краски для улучшения его свойств. Для удовлетворения спроса сезона в установках с сухой летучей золой для сушки утилизированных золошлаковых смесей используются в Германии и Франции. В Великобритании и Германии применяются технологии отделения ценосфер от летучей золы. Цено-сферы могут быть использованы в бетоне или в качестве краски, пластмасс, бумажных наполнителей и других материалов, неуглеродистый углерод - в качестве твердого топлива, магнетит - в термопластах, в мелких и крупных фракциях золы - для производства строительных материалов. Возможные направления улучшения строительно-технических свойств сухой летучей золы от тепловых электростанций представлены ниже, а содержание золы в переработке строго регламентировано. В то же время режимы сгорания на ТЭЦ не всегда способствуют производству золошлаков «стандартного набора» характеристик и свойств. По этой причине обогащение золы или шлака следует рассматривать как обычную операцию, выбирающую технологию переработки золы и шлака на ТЭС.
В настоящее время обогащение золы и шлака по ряду важных параметров, например, удаление избытка водорода или увеличение размера частиц не регулируется. В то же время в европейском стандарте EN 4502005 «Летучая зола для бетона» установлены требования к составу и свойствам обогащенной летучей золы.
В некоторых европейских странах существуют установки для обогащения летучей золы, направленные на улучшение ее свойств за счет разделения определенных фракций, отделения непареного углерода, смешивания, активации и т. Д. В Германии посредством воздушной классификации мелкие фракции подаваемой золы с размером до 10 или 20 микрон отделяются и добавляются в бетон, пластик и краски для улучшения его свойств. Для удовлетворения спроса сезона в установках с сухой летучей золой для сушки утилизированных золошлаковых смесей используются в Германии и Франции. В Великобритании и Германии применяются технологии отделения ценосфер от летучей золы. Цено-сферы могут быть использованы в бетоне или в качестве краски, пластмасс, бумажных наполнителей и других материалов, неуглеродистый углерод - в качестве твердого топлива, магнетит - в термопластах, в мелких и крупных фракциях золы - для производства строительных материалов.
Размер частиц летучей золы влияет как на свойства золы портландцемента, так и на характеристики бетона, изготовленного из него. Проводя исследование Л.Ю. Гольдштейн [2] установил, что при замене 30% цемента
(удельная поверхность 320 м2 / кг) на кислотную мелкую зольную пыль с удельной поверхностью 650 и 1050 м2 / кг, образующуюся при дополнительном помоле в дробилке, текучесть растворной смеси уменьшается но прочность цемента увеличивается (см. таблицу 1) [2]. Таким образом, цемент с добавкой летучей золы, измельченный до удельной поверхности 1050 м2 / кг, имеет прочность на сжатие, приблизительно равную соответствующему показателю для цемента без добавления после 28 дней отвердения. Однако в более поздний период твердения цемент с добавлением летучей золы, имеющей высокую удельную поверхность, получает на 20% более высокую прочность, чем цемент без каких-либо добавок. Высокая начальная удельная поверхность частиц золы приводит к устранению дополнительных затрат на их последующее измельчение, которые применяются в технологиях производства строительных материалов, традиционно основанных на использовании тонкого сырья. Однако при запуске таких технологических линий обычно устанавливаются агрегаты для приема и первичной переработки натурального кускового сырья. В результате этого обстоятельства образование пыли из общей массы в рабочих производствах вызывает определенные трудности, связанные как с адаптацией оборудования к пылевому сырью, так и с необходимостью выполнения определенных операций по удалению пыли в технологических процессах.
Для изучения влияния различных зольных фракций на долговечность цементного камня летучая зола, отобранная из установки для удаления сухого пепла на Рефтинской ГРЭС, была подвергнута фракционированию на многоступенчатом центробежном классификаторе. Были получены четыре зольные фракции (условно разделенные по размеру частиц 10 и 60 микрон) с различным количеством и распределением частиц по размерам. Мелкая фракция была представлена частицами размером менее 10 мкм, составляющими более 90%. Частицы золы размером более 60 мкм имеют самую высокую плотность, частицы менее 10 мкм - самую низкую плотность.
Установлено, что исходная зола и ее фракции увеличивают водопотребность золы портландцемента, особенно значительно снижают плотность и долговечность цементного камня отверждения водой при его добавлении в количестве 30% от массы цемента. Однако после 1 дня пропаривания цементный камень с добавлением исходного пепла и его фракций размером менее 10 и более 10 микрон обладает более высокой прочностью по сравнению с цементом без золы с небольшим содержанием летучих компонентов при традиционном пылевидном горении. Для этого пепла потери на воспламенение изменяются с 10 до 25%, а иногда могут достигать 35 ... 40%. Можно утверждать, что на большинстве тепловых электростанций существуют определенные технические средства для снижения потерь углерода. Установлено, что в мелких и крупных частицах углерода, как правило, около 0,5 ... 1 мм. Присутствие частиц крупной золы с непокрытым углеродом следует из неоптимальной степени измельченности угля на тепловых электростанциях, поскольку для полного сжигания крупных фракций топлива требуется больше времени, чем время их пребывания в зоне горения. печи. Мы полагаем, что обеспечение необходимой степени частиц угля (поддержание характеристик измельчения дробилок, модернизация сепараторов угольной мельницы и т. д.) Позволяет снизить избыток остатков кокса в золе. Альтернативой
