ВОЗМОЖНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХО-ДОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЗАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ БЕТОНОВ

Приводятся результаты исследований золоцементных композиций с добавлением отходов теплоэнергетики и отходов производства нерудных строительных материалов. Установлено влияние дополнительного помола золы-уноса и влияния отходов дробления горной породы горнблендита на прочность золоцементного камня. Рассмотрены вопросы использования золоцементных композиций с добавлением отходов в производстве заполнителя для конструкционных бетонов.

В настоящее время в условиях нарастающей экологической напряженности в мире проблема рационального использования и эффективного сбережения природных ресурсов становится важнейшей задачей жизнедеятельности любого государства.

На территории Свердловской области, занимающей значительную часть Среднего Урала, эксплуатируется более десятка ТЭС, некоторые из них, такие как Рефтинская ГРЭС, являются крупнейшими в стране. На Рефтинской ГРЭС, сжигающей каменный уголь Экибастузского бассейна, образуется наибольшее количество золошлаков (до 5 млн. т), а уровень их утилизации составляет только 5 %. Использование отходов от сжигания твердого топлива – это не только проблема возрастающего загрязнения окружающей среды, но и вопрос экономии материальных и природных ресурсов [3].

По данным Агентства по прогнозированию балансов в электроэнергетике и по использованию золошлаков в России составляет только 10-13 %. В то время как уровень использования золошлакоотвалов в странах Европы: в Германии и в Дании достигло практически 100 %, в США, Великобритании, Польше и в Китае - 50-70 %. Это связано с тем, что зола-уноса в развитых странах является таким же товаром, причем дефицитным, как тепло и электроэнергия [6].

Увеличение объема производства и расширение номенклатуры специальных видов заполнителей для конструкционных бетонов можно осуществить, например, путем организации их производства из золы-уноса Рефтинской ГРЭС (Филиал ОАО «ЭнелОГК-5»).

Разработка комплексных технологических приемов, позволит модифицировать структуру золоцементного камня по средствам помола и добавок, что улучшит основные свойства золоцементного камня [4]. В связи с этим актуальной проблемой является научно-техническое обоснование методов совершенствования технологии получения золоцементного камня на основе промышленных отходов.

В работе были использованы следующие материалы: зола-уноса (ЗУ) Рефтинской ГРЭС (Свердловская область, п. Рефтинский) от сжигания каменного угля Экибастузского бассейна (Казахстан); пыль при дроблении горной породы горнблендита (П_гб) ОАО «Первоуральское рудоуправление» (Свердловская область, г. Первоуральск), портландцемент (ПЦ) в ЦЕМ I 42,5Н производства ОАО «Сухоложскцемент» (Свердловская область, г. Сухой Лог), химическая добавка Na₂SO₄.

Методика испытаний золоцементного камня была составлена таким образом, чтобы выявить влияние дополнительного помола золы-уноса и влияние отходов дробления горной породы горнблендита на прочность золоцементного камня, а также возможность использования золоцементной композиции для получения безобжигового зольного гравия.

Безобжиговый зольный гравий (БЗГ) – искусственный пористый заполнитель, получаемый в виде гранул из предварительно увлажненной смеси золы и портландцемент с последующим твердением.

Технология производства БЗГ состоит из следующих операций: подготовка сырьевых материалов, дозирование, смешивание компонентов, увлажнение смеси и формирование гранул требуемой крупности, их твердения при тепловлажностной обработке (ТВО (3+6+3 режим)). Для получения заполнителя подбирали составы смесей с постоянным количеством портландцемента, минеральной добавки и разным содержанием золы. Портландцемент и часть золы подвергались совместному помолу, вследствие чего было получено золоцементное вяжущее. В табл.1 приведены результаты испытаний образцов после тепловлажностной обработки, полученных из зольного теста содержащего минеральную и химическую добавку: пыль при дроблении горной породы горнблендита и Na₂SO₄.

Таблица 1

Физико-механические свойства БЗГ после ТВО

По физико-механическим свойствам полученные заполнители удовлетворяют требованиям ГОСТ 9757-90 [1]. Установлено, что наибольшую плотность имеет состав № 3, немного ниже плотность у состава № 2, самая низкая плотность у состава № 1. Что касается значений предела прочности при сжатии, то наилучшие результаты получены у составов № 2 и № 3. Именно эти составы рекомендуется для производства заполнителя для бетона.

При помоле части золы с вяжущим происходит обнажение активной поверхности стекловидной фазы, что способствует повышению активности зол в цементных системах, и это приводит к увеличению прочностных характеристик золоцементного камня [5]. Введение пыли уплотняет структуру золоцементного камня, улучшая физико-механические свойства заполнителя. По ГОСТ 32496-2013 [2] полученный  БЗГ имеет марки по прочности П350 и П400, по насыпной плотности, соответственно, марки М900, М1000 и М1100.

Применение легких пористых заполнителей позволяет получать эффективные легкие бетоны для теплоизоляции, стеновых панелей, разнообразных несущих конструкций. Замена обычных тяжелых заполнителей пористыми позволяет существенно изменить свойства бетона в желаемом направлении: уменьшить плотность, улучшить теплоизоляционные свойства. В то же время достаточная прочность ряда пористых заполнителей обеспечивает возможность получения на их основе конструкционных легких бетонов высокой прочности.

Список литературы:

1. ГОСТ 9757-90. Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия. Введ. 01.01.91. М.: Издательство стандартов, 2007. – 9с.;
2. ГОСТ 32496-2013. Заполнители пористые для легких бетонов. Технические условия. Введ. 01.01.15. М.: Издательство стандартов, 2014. – 17 с;
3. Капустин Ф.Л., Фомина И.В. Получение легкого заполнителя на основе золы-уноса Рефтинского ГРЭС для конструкционных бетонов // Экология и промышленность России. – 2014. – № 8. – 32-34 с.;
4. Капустин Ф.Л., Фомина И.В. Малоцементные композиции для получения безобжигового зольного гравия // IV Международный семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей. – 2013. [электронный ресурс] – Режим доступа. –URL:http://elar.urfu.ru/bitstream/10995/27614/1/ ivmim_2012_14.pdf  (дата обращения: 2015);
5. Каримов И. Влияние тонкодисперсных минеральных наполнителей на прочность бетона: Автореф. дис… канд. техн. наук – Уфа, 2005. – 13 с.;
6. Колбина Л. Модернизация на Рефтинской ГРЭС делает актуальным расширение применения золошлаковых отходов в регионе // Эксперт-Урал. – 2015. – № 43. – 18 с.