Область и аспекты применения зол и шлаков ТЭЦ в промышленности строительных материалов

Вяжущие материалы с применением золошлакового сырья

Портландцемент и композиционные цементы. Золы и топливные шлаки применяются в качестве сырьевых компонентов портландцементного клинкера и активных минеральных добавок при производстве ПЦ, а также композиционных зольных и шлаковых цементов. В составе сырьевой смеси при производстве клинкера золой и шлаками заменяют глинистый и частично известняковый компоненты, в некоторых случаях эта замена улучшает химико-минералогический состав клинкера и условия его обжига. Более высокие технико-экономические показатели производства клинкера достигаются при использовании сухих зол пневмоудаления. Ценным для цементной промышленности является присутствие в составе зол остатков несгоревшего топлива (содержание около 10%). Так как зола имеет меньшую водопотребность, чем глины, применение ее в составе сырьевой смеси позволяет снизить влажность шлама до 33-34%, уменьшить расход топлива на 7-10% и повысить производительность вращающихся печей.

Золы и топливные шлаки в качестве компонентов сырьевой смеси портландцементного клинкера применяют как при мокром, так и сухом способе производства. Сырьевая смесь хорошо гранулируется, и гранулы имеют повышенную прочность.Некоторые виды зол и шлаков можно использовать для повышения глиноземного и понижения силикатного модуля сырьевой смеси. Большая реакционная способность золы и шлака дает возможность раннего образования жидкой фазы при обжиге клинкера и несколько снизить температуру клинкерообразования. Однако применение зол и шлаков как сырьевых компонентов клинкера ограничено из-за их нестабильного состава и значительного содержания сульфидов и щелочей. Золошлаковые компоненты, содержащие значительные количества свободного оксида кальция, могут вызывать загустевание и схватывание сырьевого шлама, поэтому их применяют только при сухом способе производства.

В производстве цемента основная часть топливных зол используется в качестве активных минеральных добавок. Золу-унос вводят, как и другие гидравлические минеральные добавки, в количестве не более: в портландцемент - 20%, в пуццолановый - 55%. Введение золы в цемент в количестве до 20% несколько снижает его прочность в начальные сроки твердения, на 28 сутки снижение прочности минимально, а при длительных сроках твердения прочность цементов с золой становится часто более высокой, чем без золы. Увеличение содержания золы (более 20%) обычно приводит к существенному снижению прочностных характеристик цемента - особенно в ранние сроки твердения. С увеличением содержания золы водопотребность цементов возрастает, но в меньшей степени, чем при других пуццолановых добавках. Характерно, что увеличение дисперсности золы не вызывает повышения водопотребности бетонных смесей, а наоборот, оказывает некоторое пластифицирующее действие. Экспериментально установлено, что зола любого типа повышает сульфатостойкость растворов и бетонов, особенно при использовании клинкера с высоким содержанием С₃А.

Введение в цемент золы уменьшает его усадочные деформации при твердении. Этот эффект тем выше, чем меньше дисперсность золы. Длительность схватывания цементов с золой удлиняется пропорционально ее содержанию. Дисперсность зол оказывает незначительное влияние на сроки схватывания. Добавка золы оказывает более существенное положительное влияние на прочность цемента при растяжении, чем при сжатии, что повышает трещиностойкость растворов и бетонов.

Заполнители из топливных зол и шлаков

Золошлаковое сырье может применяться для изготовления заполнителей как тяжелых, так и легких бетонов. Пористыми заполнителями для легких бетонов служат: шлаки от сжигания антрацита, каменного и бурого углей, торфа и сланцев; золы, щебень и песок из топливных шлаков, аглопорит на основе золы ТЭС, зольный обжиговый и безобжиговый гравий, глинозольный керамзит.

Золошлаковые заполнители. Оптимальную пористую структуру антрацитовых и каменноугольных шлаков получают при кусковом сжигании, а у шлаков бурого угля - при пылевидном. По зерновому составу шлак представляет собой механическую смесь зерен крупностью 0,14-30 мм с отдельными включениями более крупных частиц. В связи с этим шлаки ТЭС целесообразно применять в легких и тяжелых бетонах в качестве основного заполнителя, для частичной замены щебня (20-50%), а также для улучшения гранулометрического состава песков.

Вредными компонентами шлаков, вызывающими при повышенном количестве разрушение бетона, являются сульфаты и сульфиды. Недопустимо также присутствие в шлаках ТЭС свободного оксида кальция, гашение которого в затвердевшем бетоне может послужить причиной его разрушения. Для предотвращения распада топливные шлаки рекомендуется применять после длительного (3-6 месяцев) вылеживания в отвалах, в результате чего в них гасится свободный оксид кальция, частично выщелачиваются растворимые соли и окисляются топливные остатки. Насыпная плотность топливных шлаков составляет 600-1000 кг/м³, средняя плотность зерен – 1500-2000 кг/м3. Пористость шлаков обычно колеблется от 40 до 60%, морозостойкость достигает до 50 циклов и более. Оптимальные структуру и физико-механические свойства имеют антрацитовые шлаки, буроугольные - менее применимы.

В отличие от щебня из природного камня шлаковый щебень практически не содержит лещадных и игловатых зерен, глинистых и других вредных примесей, и при использовании в качестве заполнителя в бетонах такой щебень обеспечивает прочностные характеристики до 30 Мпа

Мелкий заполнитель в тяжелых и легких бетонах частично или полностью может быть заменен золой. При изготовлении конструктивно-теплоизоляционных легких бетонов классов В2,5-В7,5 зола, используемая в качестве песка, должна иметь насыпную плотность до 1100 кг/м³ и включать зерна размером менее 0,14 мм в количестве не более 90% массы.

Применение в бетонах золы-уноса позволяет заменять как часть песка, так и часть цемента. Количество вводимой в состав бетона золы может достигать150-250 кг/м³ и более. При выборе возможного содержания золы в бетоне следует учитывать воздействие золы на свойства бетонной смеси. В зависимости от содержания золы влияние ее на водопотребность может быть несущественным или значительным. Золобетоны можно получать с широким диапазоном свойств: по прочности на сжатие - 0,5-40 МПа, средней плотности - от особо легких (р₀ < 1000 кг/м³) до тяжелых (р₀ = 1800-2000 кг/м³). Недостатками плотных золобетонов являются значительное водопоглощение, а также усадка, которая при твердении образцов на воздухе составляет до 2-3 мм/м. Для уменьшения водопоглощения рекомендуется вводить в смесь тонкомолотые добавки, снижающие пористость золобетона, например гранулированный шлак. Усадка снижается при автоклавной обработке и введении в массу до 30% крупных пористых заполнителей или песка, а также применением жестких смесей.

Производственный опыт показал, что применение золошлаковых смесей в качестве основного заполнителя бетона более экономично, поскольку шлаковые фракции, заменяя часть мелкого песка и щебня, улучшают зерновой состав, а пылевидная зола, играя роль активного микронаполнителя, улучшает пластичность бетонной смеси, повышает коэффициент эффективности использования цемента. Это позволяет применить значительную часть золошлакового сырья, сосредоточенного в отвалах.

Гранулированный топливный шлак. Химический состав гранулированных шлаков, полученных из одного и того же топлива, но с применением различных способов удаления, несколько различается.

Гранулированные шлаки устойчивы к силикатному и железистому распаду, не вступают в реакцию с оксидами щелочных металлов в цементе, несмотря на наличие в них значительного количества аморфного Si0₂. Растворимый кремнезем предопределяет пуццолановый характер взаимодействия шлаковых зерен с цементным камнем. Реакционная способность повышается с увеличением количества СаО в стеклофазе и снижается при увеличении количества Fe₂0₃.

Гранулированный топливный шлак характеризуется широким разнообразием формы и рельефа поверхности отдельных гранул: кубообразная, призматическая и остроугольная форма его зерен. Важной положительной особенностью гранулированных шлаков является значительное содержание зерен с высокоразвитым микрорельефом.

Механические характеристики топливных гранулированных шлаков позволяют получить бетон классов до В40. Морозостойкость стекловидных шлаков довольна высока. Шлаки практически не содержат компонентов, которые могут снижать защитные свойства бетона или придавать ему агрессивность по отношению к арматуре. Плотная структура шлакобетона, большая площадь поверхности гранулированного шлака, хорошее сцепление заполнителя с цементным камнем придают бетону хорошие прочностные и деформативные свойства.

Замена природных заполнителей топливным гранулированным шлаком снижает расход цемента за счет улучшения гранулометрии смеси заполнителей, а также упрочнения контактной зоны между шлаком и цементным камнем. Расход цемента снижается на 4-6% на 1 м³ бетона.

Аглопорит. Топливные шлаки и золы являются лучшим сырьем для производства аглопорита - искусственного пористого заполнителя. Это обусловлено, во-первых, способностью золошлакового сырья так же как глинистых пород и других алюмосиликатных материалов спекаться на решетках агломерационных машин; во-вторых, содержанием в нем остатков топлива, достаточных для процесса агломерации (в металлургии, термический процесс окускования мелких материалов). При использовании обычной технологии аглопорит получают в виде щебня и песка. Из зол ТЭС можно получать также аглопоритовый гравий, имеющий высокие технико-экономические показатели.

Технология получения искусственных пористых заполнителей методом агломерации состоит из следующих основных операций: подготовки компонентов смеси; приготовления шихты (гранул); термической обработки на агломерационной решетке; дробления (при производстве аглопоритового щебня); сортировки готового продукта.

Глинозольный керамзит и зольный гравий. Наряду с пористыми заполнителями из зол и шлаков ТЭС, получаемыми спеканием сырья на агломерационных машинах, золошлаковые заполнители изготавливают также путем обжига со вспучиванием исходного сырья. К таким заполнителям относятся глинозольный керамзит и зольный гравий.

Глинозолъный керамзит - это продукт вспучивания и спекания во вращающейся печи гранул, сформованных из смеси глин и зол ТЭС, где зола составляет 10-80% всей массы сырья. При использовании золы в качестве добавки к глине увеличивается количество органических примесей в сырье и повышается его вспучиваемость. Если запасы вспучиваемого глинистого сырья ограничены, а золоотвалы находятся в непосредственной близости от заводов, то золу ТЭС целесообразно использовать в качестве основного компонента керамзитовой сырьевой смеси. Свойства глинозольного керамзита зависят от вида и соотношения в шихте глинистого и зольного компонентов. Золы, пригодные для производства глинозольного керамзита, содержат Si0₂ 33-57% и А1₂0₃ – 14-37%.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: