CC BY
20
УДК 691 - 405.8
ВОЗМОЖНОСТЬ РАСШИРЕНИЯ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ ПРОИЗВОДСТВА ШЛАКОЩЕБНЯ ЗА СЧЕТ ОТХОДОВ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
КОМПЛЕКСА
© 2013 г. Р.Р. Измайлов, Н.С. Карандашова
инженер-исследователь, Izmailov Rinat Rashidovich - research engineer, Omsk State
Измайлов Ринат Рашидович Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского. Тел. 64-14-40.
Карандашова Наталия Сергеевна - магистр, кафедра «Технология керамики, стекла и вяжущих веществ», ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел./факс: (8635) 25-51-35. E-mail: natalikara2010@gmail.com
University of F.M. Dostoevsky. Ph. 64-14-40.
Karandashova Nataliya Sergeevna - Magistrate department «Technology of the Ceramics, Glass And Knitting Substances», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). E-mail: natalikara2010@gmail.com
Рассмотрены существующие составы щебней. Разработаны составы шлакощебней ячеистой структуры. Определены основные свойства синтезированных щебней. Сделан вывод о применимости разработанных составов шлакощебней в строительстве.
Ключевые слова: шлаковые отходы ТЭС; ресурсосберегающая технология; строительные материалы; щебень.
Examined the existing formulations of rubble. Developed formulations of slag rubble with cellular structure. Defined the basic properties of the synthesized rubble. The conclusion about the applicability of the developed formulations of slag rubble in construction was made.
Keywords: slag waste of thermal power plants; resource-saving technology; building materials; slag rubble.
В условиях постоянного роста объемов строительства обостряется потребность в строительных материалах. Одним из наиболее широко применяемых в строительстве материалов является щебень - неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью свыше 5 мм, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов, попутно добываемых вскрышных и вмещающих пород или некондиционных отходов горных предприятий по переработке руд (черных, цветных и редких металлов металлургической и угольной промышленности) и неметаллических ископаемых других отраслей промышленности и последующим рассевом продуктов дробления. Значимость щебня на строительных работах невозможно переоценить. Спектр применения его широк и разнообразен, он является частью всех основных видов строительных работ. Для разных видов работ целесообразно применять щебень различных характеристик.
Основными разновидностями щебня в зависимости от исходного сырья являются:
- гранитный щебень (заполнитель для высокомарочного бетона);
- гравийный щебень (заполнитель для бетонов, изготовление железобетонных изделий, строительство дорог);
- известняковый щебень (дорожное строительст-
Химический состав
во, изготовление железобетонных изделий);
- вторичный щебень (заполнитель для бетонов, дорожное строительство);
- шлаковый щебень (заполнитель цементных бетонов, дорожное строительство, устройство асфальтобетонных покрытий);
- пеностеклянный щебень (теплоизоляция чердачных перекрытий, наполнителя для легких и тяжелых бетонов) [1].
Щебень характеризуется целым спектром свойств, регламентируемых следующими документами: ГОСТ 8269.0-97, ГОСТ 8269.1-97, ГОСТ 26644-85, ГОСТ 22263-76 [2 - 4].
Также для щебней вводится специальный параметр - лещадность, определяющий степень плоскостности щебня. В щебне нормируют содержание зерен пластинчатой и игловатой форм, толщина или ширина которых менее длины в три раза и более.
Известно, что химический состав шлаков напрямую зависит от топлива, из которого они были получены. Также известно, что по химическому составу щебень соответствует тому материалу, из которого он был получен. Состав гранитного щебня и шлака Новочеркасской ГРЭС, который используется в данной работе, приведен в табл. 1.
Таблица 1
гранита и шлака
Материалы Содержание оксидов, % по массе
SiO2 AI2O3 MgO Fe2O3 CaO К2О SO3 п.п.п. I
Гранит 56,5 16,5 4,7 9,5 7,0 0,9 0,7 4,2 100
Шлак Новочеркасской ГРЭС 54,5 19,2 1,6 11,9 3,7 3,4 0,1 5,6 100
Сравнивая приведенные составы, можно сделать вывод о схожести химических составов шлака и гранита. Следовательно, ряд свойств (такие, как химическая стойкость, плотность и др.) будут обладать схожими значениями.
В данной работе исследовалась возможность создания шлакового щебня с ячеистой (пористой) структурой для того, чтобы совместить физико-химические свойства шлакового и пеностеклянного щебня, что, соответственно, расширит область его применения [5, 6]. Подобный материал можно применять в качестве: наполнителя для теплоизоляции трубопроводов, наполнителя для бетонов различной плотности, теплоизоляционной засыпки чердачных помещений и др. Для этого был разработан ряд составов щебня на основе шлаковых отходов ТЭС, представленный в табл. 2.
Таблица 2
Шихтовые составы ячеистого шлакощебня
№ состава Содержание компонентов, % по массе
Шлак Стеклобой Борная кислота Антрацит
1 30 70 5 5
2 40 60 5 5
3 45 55 5 5
4 50 50 5 5
5 55 45 5 5
6 60 40 5 5
7 65 35 5 5
8 70 30 5 5
9 75 25 5 5
10 80 20 5 5
Полученные шихтовые составы пересчитываем на химический состав исходных материалов. В качестве примера возьмем состав № 1 (табл. 3, 4).
Аналогично были рассчитаны химические составы шихт № 2 - 10. Далее был проведен перерасчет химического состава с 110 на 100 весовых частей. Результаты занесены в табл. 5.
Далее образцы данных составов были синтезированы порошковым способом путем спекания при температуре 800 оС в течение 30 мин. Затем для данных составов были определены основные физико-химические свойства:
- средняя плотность зерен щебня, устанавливаемая измерением массы единицы объема зерен щебня путем гидростатического взвешивания;
- насыпная плотность зерен щебня, которую находят взвешиванием определенного объема щебня заданной фракции (или смеси фракций), высушенного до постоянной массы;
- предел прочности при сжатии, определяемый путем сжатия и доведения до разрушения образцов-цилиндров на прессе;
- морозостойкость щебня, оцениваемая по числу циклов замораживания и оттаивания;
- радиоактивность щебня, определяемая по удельной эффективной активности естественных радионуклидов Аэфф.
Результаты определения основных свойств представлены на рисунке и в табл. 6.
Из графиков видно, что показатели плотности и прочности щебня возрастают пропорционально увеличению количества шлака в образцах.
Исходя из вышеприведенных данных, можно сделать следующие выводы:
- при изменении соотношения шлак : стеклобой у образцов уменьшается количество SiO2 и увеличивается количество А1203, что обусловливает повышение температур спекания и плавления образцов, связанное с более высокой температурой плавления оксида алюминия по сравнению с оксидом кремния;
- потери при прокаливании у всех составов соответствуют нормам ГОСТ (< 5 %);
- показатели радиоактивности позволяют отнести данный материал к I классу (пригоден для всех видов строительных работ);
Таблица 3
Химический состав исходных материалов
Сырьевые материалы Содержание оксидов, % по массе
SiO2 AI2O3 B2O3 MgO Na2O Fe2O3 CaO K2O Ti02 SO3 P2O5 C п.п.п. I
Шлак 54,56 19,21 - 1,64 0,98 11,92 3,72 3,35 0,98 0,08 0,12 - 3.44 100
Стеклобой 72,94 1,31 - 0,79 15,22 0,25 9,45 - - - - - - 100
Борная кислота - - 56,55 - - - - - - - - - 43.55 100
Антрацит 97 3 100
Таблица 4
Химический состав шихты № 1
Сырьевые материалы Содержание оксидов, % по массе
SiO2 AlÄ B2O3 MgO Na2O Fe2O3 CaO K2O Ti02 SO3 P2O5 C п.п.п. I
Шлак 30 вес. ч. 16,37 5,76 - 0,49 0,29 3,58 1,12 1,01 0,29 0,02 0,04 0,00 1,03 30
Стеклобой 70 вес. ч. 51,09 0,92 - 0,55 10,65 0,18 6,62 70
Борная кислота 5 вес. ч. - - 2,82 - - - - - - - - - 2,18 5
Антрацит 5 вес. ч. 4,85 0,15 5
Состав сырьевой смеси, % по массе 67,45 6,68 2,82 1,05 10,95 3,75 7,73 1,01 0,29 0,02 0,04 4,85 3,36 110
Химический состав шихт № 1-10
Таблица 5
№ шихты Содержание оксидов, % по массе
SiO2 AI2O3 B2O3 MgO Na2O FeÄ CaO K2O Ti02 SO3 P2O5 C п.п.п. I
1 61,32 6,07 2,57 0,95 9,95 3,41 7,03 0,91 0,27 0,02 0,03 4,41 3,05 100
2 60,48 6,89 2,57 0,99 9,31 3,94 6,77 1,07 0,31 0,03 0,04 4,41 3,21 100
3 59,65 7,70 2,57 1,03 8,66 4,47 6,51 1,22 0,36 0,03 0,04 4,41 3,37 100
4 58,81 8,51 2,57 1,07 8,01 5,00 6,25 1,37 0,40 0,03 0,05 4,41 3,52 100
5 57,97 9,33 2,57 1,10 7,36 5,53 5,99 1,52 0,45 0,04 0,05 4,41 3,68 100
6 57,14 10,14 2,57 1,14 6,72 6,06 5,73 1,68 0,49 0,04 0,06 4,41 3,84 100
7 54,56 19,21 0,00 1,64 0,98 11,92 3,72 3,35 0,98 0,08 0,12 0,00 3,44 100
8 54,56 19,21 0,00 1,64 0,98 11,92 3,72 3,35 0,98 0,08 0,12 0,00 3,44 100
9 54,56 19,21 0,00 1,64 0,98 11,92 3,72 3,35 0,98 0,08 0,12 0,00 3,44 100
10 54,56 19,21 0,00 1,64 0,98 11,92 3,72 3,35 0,98 0,08 0,12 0,00 3,44 100
Таблица 6
Основные параметры шлакощебня
№ состава Насыпная плотность, кг/м3 Марка по насыпной плотности Марка по морозостойкости Класс по радиоактивности
1 - 4 360-460 500 F50 I
5 - 7 500-590 600 F100 I
8 - 9 600-680 700 F150 I
10 720 800 F200 I
8 9 Ю состава
R, МПа 14 12 10 8 6 4 2
0
8 9 10
Динамика изменения средней плотности и предела прочности шлакощебня при изменении соотношения шлак : стеклобой
- из данных по насыпной плотности и предела прочности при сжатии следует, что оптимальным составом для производства шлакощебня для легких бетонов является состав № 6, обладающий весьма высокой прочностью (8,99 МПа) и морозостойкостью (марка ^150) при низкой насыпной плотности (марка М500). Также в данном составе присутствует большое количество шлака (60 %), использование которого положительно влияет на окружающую среду, так как происходит рециклинг промышленных отходов, загрязняющих территории.
Работа подготовлена по результатам, полученным в ходе выполнения научно-исследовательской работы на тему «Актуальные аспекты технологий переработки отходов топливно-энергетического комплекса и синтеза на их основе новых строительных материалов» по соглашению № 14.В37.21.2092 в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы».
Литература
1. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности. Ростов н/Д., 2007. 369 с.
2. ГОСТ 26644-85. Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона технические условия.
3. ГОСТ 8269.1-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний.
4. ГОСТ 8269.1-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы химического анализа.
5. Яценко Е.А., Ефимов Н.Н., Смолий В.А., Косарев А.С., Капица В.В. Экологические аспекты и проблемы утилизации и рециклинга золошлаковых отходов тепловых электростанций // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2011. № 2. С. 40 - 44.
6. Яценко Е.А., Смолий В.А., Косарев А.С., Грушко И.С., Гольцман Б.М. Исследование возможности производства строительных материалов на основе отходов углеобогащения // Экология промышленного производства. 2012. № 1. С. 80 - 83.
Поступила в редакцию
6 февраля 2013 г.
