Аналитический обзор применения золы ТЭЦ в производстве бетона



В данной статье приведены результаты исследований по получению и изучению функциональных свойств различных видов бетона на основе золы-уноса, золошлаковых смесей ТЭЦ.

Ключевые слова: зола, золобетон, микрокремнезем, твердение, прочность, плотность.

Использование отходов тепловых электростанций (топливных зол и шлаков) следуеть считать частью общей проблемы сохранения и очистки от загрязнения окружающей среды. Загрязнения окружающей среды — воздуха, воды и почвы — одна из важнейших проблем современности, касающаяся практический всех стран, и в особенности высокоразвитых.

Применяя золы уноса и золошлаковых смесей в качестве мелкого и крупного заполнителя в бетонной смеси значительно снижает себестоимость материала, так как подготовка золы — уноса требует меньше затрат по сравнению с песком, щебнем и т. п. Подготовка золы для производства зола бетона имеющие конструкционно-теплоизоляционные свойства подразумевает первый этап — это сушка, просеивание. А также применяя золы уноса в качестве заполнителя для бетона мы как бы помагаем в некоторой степени улучшаем экологию нашей страны. Мы все знаем что каждый год собирается тонны отходы из теплоэнергетических станции и в результате природных стихии ветра, дождя и т. п. эти летучие материалы загрязняют нашей с вами окружающую среду. Теплоэнергетические станции есть и работают во многих регионах Казахстана. Внедряя эту систему, т. е. использование золы уноса в качестве заполнителя мы снижаем загрязняемость тем самым улучшаем экологию нашей с вами страны.

На сегодняшний день производиться немало видов конструкционно-теплоизоляционного вида материалы. Самые распрастраненные из них — это газо и пено блоки. Главнейшие недостатки этих материалв заключается в их себестоимости и определенные физико-механические свойства.

Утилизация вторичных продуктов промышленности в бетонах позволяет решать важные экологические, экономические и энергетические проблемы.

В работе [1] на основе безобжигового зольного гравия подобраны составы бетонов и определены их физико-механические свойства. По плотности они относятся к облегченным бетонам (1817–1857 кг/м3), прочности ‒ соответствуют классам В10, В12,5 и В25. При введений добавки суперпластификатора происходил снижение водопотребности бетонной смеси и повысился прочность бетона. Состав бетона определялся методом расчета по абсолютному объему компонентов для приготовления бетона, разработанный проф. Б. Г. Скрамтаевым. Фактический расход материалов и физико-механические свойства материалов приведена в таблице 1 и 2.

Таблица 1

Фактический расход материалов

Номер состава	Расход материалов, кг/м3
	Цемент	БЗГ	Песок природный	Песок из отсева дробления	Вода	СП-1
1	177	708	840	-	236	-
2	367	716	664	-	250	-
3	178	704	-	859	249	-
4	179	708	-	865	230	1.7

Материалы использовавшиеся при проведений экспериментально-лабораторной работы:

− гравий фракции 5–20 мм марки по плотности М900 и марки по прочности П300;

− портландцемент ЦЕМ I 42,5Н;

− песок природный и песок из отсевов дробления гранита;

− суперпластификатор СП-1.

Таблица 2

Физико-механические свойства бетонов

Номер состава	Плотность бетонной смеси, кг/м3	Плотность бетона в сухом состоянии, кг/м3	Предел прочности на сжатие, МПа		Класс прочности бетона
			после ТВО	через 28 суток
1	1961	1843	7,9	11,9	В10
2	1997	1857	24,0	36,7	В25
3	1990	1817	7,8	14,9	В10
4	1984	1834	12,2	17,8	В12,5

По плотности бетоны можно отнести к облегченным бетонам, поскольку она находится в пределах от 1817 до 1857 кг/м3. Бетоны составов 1 и 3 имеют предел прочности на сжатие через 28 суток нормального твердения 11,9 и 14,9 МПа и соответственно относятся к классу по прочности В10. Бетоны составов 2 и 4 с прочностью на сжатие 36,7 и 17,8 Мпа соответственно относятся к классам В25 и В12,5. Также установлено, что при введении в бетонную смесь суперпластификатора СП-1 в количестве 1,7 кг/м3 расход воды уменьшается с 249 до 229 л/м3, т. е. на 8,74 %, а прочность возросла с 14,9 до 17,8 МПа. Главной целью этой работы — подобрать состав цементного бетона на безобжиговом гравии из золы-уноса ТЭЦ-5 ОАО «СИБЭКО».

В исследований [2] определены закономерностей влияния расхода компонентов легких бетонов, получаемых на основе местных вторичных продуктов промышленности, на их основные свойства при условии повышенной эффективности использования цемента.

В данной работе определены составы легкой мелкозернистой смеси на основе граншлака завода имени Петровского с наполнителем из золы уноса Приднепровской ТЭС, модифицированной комплексной пластифицирующей добавкой ПЛКП-2, которые обеспечивают требуемую прочность бетона при сжатии в пределах 5…10 МПа при уменьшенном примерно на 20 % расходе цемента по сравнению с традиционно применяемыми для этих целей составами. Расход материалов на 1 м³ бетона и физико-механические свойства приведена в таблице 3

Материалы использовавшиеся при подборе состава бетона:

− в качестве заполнителей граншлака завода имени Петровского и песка днепровского;

− в качестве вяжущего — криворожского портландцемента марки II/Б-Ш-400;

− наполнитель — золы уноса Приднепровской ТЭС.

Таблица 3

Расход материалов на 1 м³ бетона ифизико-механические свойства

№	Цемент	Зола	Уд-укл. ОК, см	Плотность, кг/м3	Предел прочности бетона, МПА, в 28 суточном возрасте
1	140	410	1,5	1780	7,3
2	160	390	1,5	1770	8,2
3	180	370	1,0	1720	8,9

При обеспечении рационального зернового состава компонентов можно получить легкие бетоны заданной прочности на основе граншлака завода имени Петровского, используя в качестве наполнителя золу уноса Приднепровской ТЭС или хвосты обогащения железных руд Криворожского ЮГОКа. Для обеспечения требуемой прочности легкого бетона класса В5 на основе местных вторичных продуктов промышленности достаточно 150 кг цемента на кубометр бетонной смеси.

В работе [3] представлены результаты комплексных исследований пуццоланической реакции золы в бетоне с использованием кондуктометрического анализа и определения параметров пористости по водопоглощению, установлена взаимосвязь измеренных показателей бетона с расчетными «химическими» модулями качества золы по Воятзакису и Губбарду. Состав и физико-механические свойства золабетона представлены в таблице 4.

Материалы использовавшиеся при подборе состава бетона:

− применены золы ГРЭС и ТЭЦ Приморского края (Партизанская — П, Большекаменская — БК, Главвладивостокстроя — ГВС);

− портландцемент ПЦ 400 Спасского завода (С3S 57–60 %, С2S 14–18 %, С3А 9–10 %, С4АF 10–12 %).

Таблица 4

Состав ифизико-механические свойства золабетона

Свойства золабетона	Бетон
	Без золы		С золой
	Ц=210 кг/м3	Ц=270 кг/м3	ГВС	П	БК
Прочность, R, МПа	9,9	15,9	21,0	20,3	17,0
Начало пуццолонической реакции τ, сут.	-	-	13	19	22

Авторами работы [4] было получено высокопрочный бетон с использованием в качестве минеральной добавки золы-уноса и микрокремнезема. Комбинация золы-уноса и микрокремнезема как минеральной добавки является одним из эффективных путей улучшения свойств бетона. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния золы-уноса и микрокремнезема на подвижность и прочность раствора и бетона. Состав и свойства бетона представлены в таблице 5.

Материалы использовавшиеся при подборе состава бетона:

− портландцемент (ПЦ) марки ЦЕМ I 52,5Н (прочность на сжатие не менее 52,5 МПа) ООО «Ангарский цемент»;

− микрокремнезем (МК) ООО «Братский завод ферросплавов»;

− золу-уноса (ЗУ) НовоИркутской ТЭЦ (ОАО «Иркутскэнерго»);

− суперпластификатор С-3.

Таблица 5

Состав исвойства бетона

Общее содержание вяжущего, кг, на 1 м3	Расход компонентов, кг на 1 м3 бетона			С-3, % от массы вяжущего	Расплыв конуса Абрамса, мм	Прочность на сжатие, МПа, в 28сут.
	ПЦ	ЗУ	МК
550	550	-	-	2,0	650	65,0
550	400	150	0	1,5	600	65,5
	400	120	30	1,8	560	69,0
	400	105	45	2,1	620	77,0

Заключение. Дисперсность и удельная поверхность минеральных вяжущих и пуццолановых добавок является чрезвычайно важным фактором, определяющим их активность, влияющим на тиксотропность и удобоукладываемость бетонных смесей и, что самое существенное, на характер набора прочности бетонов при твердении и на сами физико-механические и эксплуатационные свойства получаемых бетонов.

Имеется много разрозненных и разнообразных данных по влиянию активного микрокремнезема на свойства модифицированных им бетонов, особенно мелкозернистых, роль которых в практическом строительстве в последние годы непрерывно возрастает.

Имеются также многочисленные данные по положительной роли ультрадисперсных добавок к бетонам на основе зол уноса, особенно сланцевых зол.

Однако в доступной литературе отсутствуют детальные сведения о концентрационных зависимостях влияния ультрадиспергированных микрокремнезема и сланцевой золы на свойства бетонных смесей и бетонов в целом, в которых прослеживалась бы роль наноразмерной фазы в их составе.

Литература:

1. Подбор состава бетона на безобжиговом зольном гравии., Кокорина Д. В., Сумарокова Л. С., Капустин Ф. Л.,Уральский федеральный университет, г. Екатеринбург.
2. Легкие бетоны с золой уноса Приднепровской ТЭС., Н. И. Нетеса, Д. В. Паланчук, А. Н. Нетеса., Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна. 2013 г.
3. Влияние золы на свойства бетона., Ю. В. Ефименко, И. Н. Некипелов, С. К. Толстенко, С. Л. Чугунова., Центр «Строительные материалы и технологии» ДальНИИС РААСН, Владивосток.
4. Высокопрочный бетон с использованием золы и микрокремнезема., Л. А. Урханова, В. Е. Розина., Восточно-Сибирский государственный технологический университет и Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет.