Эффективная технология использования промышленных отходов в производстве бетона и железобетона

Фахратов М. Эффективная технология использования промышленных отходов в производстве бетона и железобетона // Строительные материалы. 2003 . №12. C. 48-49

В России и за рубежом накоплен большой опыт применения зол и шлаков ТЭС в бетонах. Наиболее крупным потенциальным потребителем промышленных отходов является промышленность строительных материалов, где удельный вес сырья достигнет 50%. Использование промышленных отходов в строительной индустрии является перспективным направлением снижения себестоимости продукции и уменьшения негативной нагрузки на окружающую среду.

По различным данным к настоящему времени в отвалах скопилось более 1 млрд т золошлаковых отходов. Однако объем использования промышленных отходов незначителен ? 5?6% от их выхода. Экологический эффект, получаемый при утилизации отходов, складывается из многих факторов, часто специфических для того или иного вида отходов.

При этом известно, что использование отходов в 2?3 раза дешевле, чем природного сырья. Расход топлива при использовании отдельных видов отходов снижается на 10?40%, а удельные капиталовложения на 30?50%.

Наиболее дефицитным и энергоемким компонентом бетона является цемент. Многолетние теоретические и экспериментальные исследования ведущих научно-исследовательских и учебных институтов и других организаций доказали высокую эффективность внедрения в производство бетона и железобетона золы-уноса и золошлаковых отходов ТЭС. Бетонные смеси с добавкой золы обладают большей вязкостью, лучшими транспортабельностью и перекачиваемостью, меньшими водоотделением и расслоением.

Например, использование золы-уноса и золошлаковых отходов ТЭС в керамзитобетоне взамен кварцевого песка снижает его плотность на 40?80 кг/м3 и позволяет сократить расход цемента на 15-50 кг в расчете на 1 м3 бетона. При этом повышается коррозионная стойкость и теплофизические показатели бетона.

Применение золы-уноса обеспечивает максимальную экономию цемента (10?25% в зависимости от вида, качества заполнителей и типа конструкций).

Определение народнохозяйственной целесообразности при создании новых материалов и изделий на базе отходов и выбор вариантов взаимозаменяемости материалов проводятся обычно расчетом эффективности капитальных вложений по минимуму приведенных затрат.

В связи с тем, что большинство тепловых электростанций Европейской части России оборудовано системами гидрозолоудаления, получаемые в них зола и ЗШС используются в основном в качестве мелкого заполнителя для бетонов в производстве керамзито- и гипсобетона, низкомарочных растворов и бетонов, в дорожном строительстве. Для более эффективного использования зол ТЭС в качестве активной добавки в производстве бетонных строительных деталей и конструкций в последние годы сооружены установки сухого золоотбора на Европейской части России.

Анализ литературных источников показывает, что основными факторами, влияющими на коррозию арматуры и бетона с использованием зол и ЗШС, являются следующие:

? соотношение золы и цемента в золобетоне;

? содержание в золе несгоревших углистых остатков, стеклофазы, сернистых соединений;

? гидравлическая активность золы.

Исследования показывают, что правильный подбор состава бетона позволит обеспечить первоначальную пассивность арматуры в бетоне. Дальнейшая ее сохранность будет определяться проницаемостью бетона, толщиной защитного слоя до арматуры и условиями эксплуатации конструкций.

В настоящее время проблема снижения потребления цемента и энергетических ресурсов в строительной индустрии, а также интенсификация производства бетона и сборного железобетона при сохранении или улучшении проектных свойств в изделиях и конструкциях связаны с использованием некоторых минеральных добавок в чистом виде или в комплексе с химическими. В качестве минеральной добавки и вяжущего вещества для бетона наиболее эффективны доменные гранулированные шлаки, обладающие способностью к самостоятельному гидратационному твердению.

Анализ состояния проблемы использования минеральных добавок к вяжущим веществам для бетона показал, что этот класс добавок, являющихся в основном вторичным сырьем (доменные гранулированные шлаки, золы и золошлаковые смеси ТЭС), позволяет получать многокомпонентные системы с определенными эксплуатационными характеристиками, а также способствует созданию безотходных технологий и улучшению экологического состояния окружающей среды. Однако многокомпонентные цементы характеризуются в основном пониженной прочностью (на 1?2 марки), что сдерживает широкое использование минеральных добавок в производстве бетона и сборного железобетона.

Важным резервом повышения эффективности использования тонкомолотых доменных гранулированных шлаков в производстве бетона и железобетона является применение шлаков с оптимальной дисперсностью, имеющей функциональную зависимость от дисперсности цемента.

Введение в бетон тонкомолотого шлака в количестве 40?60% взамен эквивалентной части цемента позволяет получать бетоны, прочность которых в 1,5?2 раза выше прочности бетонов на промышленно изготовленных цементах. Бетоны с добавкой шлака характеризуются повышенной сульфатостойкостью, удовлетворительной морозостойкостью и рядом других положительных свойств.

Более высокая эффективность использования тонкомолотых доменных гранулированных шлаков в бетонах достигается при их комплексном применении с химическими добавками (суперпластификаторами, пластификаторами и ускорителями твердения).

Такая технология использования тонкомолотого шлака позволяет получать плотные бетоны марок 500-800 с расходом клинкерного компонента в пределах 200 кг/м3, что обусловлено проявлением эффекта упорядочения структуры при твердении многокомпонентных систем с низким водосодержанием.

Внедрение технологии использования тонкомолотого доменного гранулированного шлака осуществлено на заводе стройматериалов и заводе крупных деталей Главприокскстроя. В процессе внедрения была выпущена и испытана опытная партия изделий дома серии 111-83.

Тонкомолотый доменный шлак вводился в состав тяжелого бетона класса В15 в количестве 20?70%. Все составы бетона готовились с добавкой суперпластификатора С-3 0,4% от массы цемента. Использовался портландцемент марки 400 (ГОСТ 10178-85) Михайловского цементного завода с содержанием доменного шлака 20%. Тепловлажностная обработка бетона осуществлялась по режиму 3+3+6+2 ч при температуре изотермического прогрева 85?90?С. Результаты испытаний образцов бетона с тонкомолотым доменным шлаком приведены в таблице.

Cодержание вяжущего

Дисперсность шлака м2/кг

В/Ц

ОК, мм

Прочность при сжатии через 4 ч после ТВО, МПа/%

Цемент, кг/м3

Шлак

кг/м3

% от массы цемента

290

-

-

-

0,48

23

14,4/100

232

58

20

225

0,46

25

17,1/119

174

116

40

225

0,44

20

17,5/122

116

174

60

225

0,46

30

15,5/107

290

-

-

-

0,46

25

17,4/100

174

116

40

225

0,42

25

18,8/108

116

174

60

225

0,46

25

15,6/90

116

174

60

470

0,38

25

26,3/151

87

203

70

470

0,4

25

20,6/119

Результаты испытаний показывают, что за счет использования грубодисперсного доменного гранулированного шлака снижается расход цемента до 40% с одновременным повышением прочности на 8%, а при использовании тонкодисперсного шлака экономится 60?70% цемента при одновременном повышении прочности бетона до 50%.

Грубодисперсный шлак получали на действующей помольной установке в однокамерной шаровой мельнице по замкнутому циклу завода стройматериалов, а тонкодисперсный ? на Косогорском цементном заводе. Тонкомолотый шлак выпускается в соответствии с ТУ 21-20-61?85 ?Шлак молотый для производства шлакощелочного вяжущего?. Его дисперсность должна составлять 300+15 м2/кг, однако в настоящее время она находится на уровне 210?240 м2/кг. Увеличение дисперсности шлака до оптимальной 420-470 м2/кг можно осуществить заменой мелющих тел в мельнице, а также использованием при помоле шлака суперпластификатора С-3.

Результаты исследований внедрены на заводах строительных материалов и заводах ЖБК ОАО ?Россевзапстрой?.

Список литературы

1. Фахратов М.А., Кальгин А.А., Горшков В.Б., Красненков СИ., Апраилов Р.А., Юсупов Х.Ю. Опыт использования золы-уноса и золошлаковых отходов ТЭС на предприятиях строительной индустрии концерна ?Россевзапстрой? // Научно-технический информационный сборник. 1991. №2. С. 28-32.

2. Фахратов М.А. Применение золы и шлаков в целях экономии цемента в организациях Минсевзапстроя РСФСР // Научно-технический информационный сборник. 1990. № 3. С. 11-12.

3. Кальгин А.А., Фахратов М.А., Кикава О.Ш., Баев В.В. Промышленные отходы в производстве строительных материалов. М., 2002. С. 131.