автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Разработка способов активации золы бурых углей в технологии мелкоштучных стеновых материалов

НОВОСИБИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНЛ'ДЕШ ШШЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ШГСГШТ гм. В. В. КУЙБЫШЕВА

Па правах рукотхсл ДОЛГОЕ.! Елена Борисовна

ТДК 666.95.2.014:543,965.4

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ АКТИВАЦИИ • ЗОЛЫ БУРЫХ УГЛЕЙ Б ТЕХНОЛОГИ! МЕЖОЖУЧШХ СТЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Слэдтльность 03.23,05 - Строя? олмкэ наторпагн и пэдодшх

Автореферат дзоозргацет иа сояскашю учёной стелет кандидата тсхшггаскнх наук

Новосибирск - 1991

Работа выполнена в Новосибирском ордена Трудового Краоно: Знамени инженерно-строительном институте ем. В.В.КУЙБШЕ

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.К.КОЗЛОВА

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор М.Н.КАЙБИЧЕБА

кандидат технических наук доцент А.Г.СМИРЖ®

Бедутцее предприятие - СИБЖАДй,¡СТРОЙ

Зашита диссертации состоится 25 марта 1991 года

/

в 15 часов на заседании специализированного совета К 064.04.01 при Новосибирском инженерно-строительном институте ш. В.В.КУЙБНШКВА по адресу: 630008, г.Новосибирск, 6, ул. Ленинградская, ИЗ, НИСИ им.В.В.КУЙБЫШЕВА, учебн&Ё корпус, аудитория 306.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИСИ им. В.В.КУЙБЫШЕВА.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес специализированного с

Автореферат разослан "февраля 1991 г.

Учёный секретарь специализированного совета

кандидат технических наук И.В.ГЕНЦЛЕР

,, ОБЩАЯ ХАРАКГЕРНОТИКА РАБОТЫ

^Актуальность, Наиболее перспективным месторождением тпзр-го топлива Западной Сибири является Калско-Ачинский буро-ольный бассейн, запасы которого составляет 3/4 запасов углей, входных для открытой добычи. Широкое вовлечение этих углей в зргетйчесхнй баланс страны требует и решения проблемы пеполь-вания золошлаковых отходов.

Обладая способностью к самостоятельному твердению, золи Е>ых углей могут обеспечить существенную экономию цемента, 2:1-эбодять .значительное ■ количество нерудного сырья при выпуска огкх видов строительных материалов и изделий.

В промышленных масштабах золы углей Канско-Ачинского баз-йна используются весьма незначительно. Связано это с тотальностью состава и свойств золы и опасностью возникновения структивных процессов, обусловленных особенностями фазового става.

При устранении'причин, приводящих к снижения качества го-вых изделий, золы углей КАБ найдут широкое применение, в тем еле в технологии мелкоштучннх сте ;вых материалов (кирпнч, зновые камни).

Цель и основные задачи работы. Целья настоящей работы яв-этея экспериментально-теоретическое обоснование выбора рацяо-льного способа предварительной обработки зедн в технологии якоштучных стеновах материалов.

Основные задачи работы:

1. Изучение фазового состава и свойств зол углей Канско-инского бассейна и оценка их стабильности;

2. Разработками усовершенствование методов экспрессного ализа для определения содержания свободных-оксидов кальция и гния в составе зол бурых углей;

3

3. Разработка рекскэвдацай по выбору рационального слое ба предварительной обработки золы в зависимости от содоржгнп свободного оксида каяьцзя а её составе;

4. Оптишзаиря -рецептурных и технологических параметров получения мелкшзтучных стеновых материалов на осноео золошла

коенх отходов)

5. Изучении фазового состава цементирувдзй связки и свс глзлкоютучных стеновых материалов оптимального состава}

6. Опытно-промьшлёнкая проверка результатов исследовани

- установлена взаимосвязь мевду содержанием свободного оксида кальция в золе и необходимой интенсивностью её предвг рителыюй обработки для устранения деструктивных процессов I твердой^}

- показана возмокиость оценки качества золы к поведшш рё при твердении по показателю. водоудеркнваидай способности;

- предпоавн способ ^странешш деструктивных процассов г твердении путем предварительного обжига зол в смеси с сутяга ком при температура 530-620 °С;

- предложены экспрессные методики химического анализа ^ определения содержания свободных оксидов кальция и магния в золе бурых углей.

Практическое значение ,таботн;

- определен фазовый состав я свойства золы сухого отбо] и отвальной зодоалаковой сдаси н дана оценка их стабильносп

- разработаны рекомевдацгш но выбору наиболее рационал: го способа предварительной обработки золы бурых углей в зав: симости от содержания свободного оксида кальция в её состав! при получении изделий плотной структуры автоклавного тверде:

- подобран» состага гногсксгягснентнш: масон разработали рлачтц тохна'юг.тзэсяэс схам получения колкоятупшх стаяошг горпалоа в завиоккостз от качества аоловдакозш: огхсдоз и

СПОЛЗ ЗГ'КОКМ ЗИП ТраДНЩО'П.'ОГО снрья;

- изучена свойства кзлкекгушух стоповых материалов, до~ олшо'лкэ прогнозировать ях долгсвзчпость.

Вшущзан оттю-проккшвшшэ парил доиушкятного кцршпа ка завода ЖБИ-2 г. Новосибирска и сто-вш: кажзй на Стройбаза треста "KyjibTdnr строй" г, Красноярз-» Разработан техножигспгоскЕЙ p3T.vw.ows па производство с:«-пздзлпй lía основа отходов топяоэп-зргатпк» п премшязи-стк. Экояросс-мэтодш! определена.* соцэргшптя овобедгасс ок-дез кальцзд п кагния з:гедрз:ш па ТЭЦ-3 г, Новосибирска о лъп :;аспортизац!П| эолн п передаст к шгодршшо в УС "Снбака-мстрой" для ооучззет&шшя входного контроля качества золы.

Основа® П0Л0Г.8ИЕЯ диссертационной рати доло.",зец ка Всесоюзном совещании "Кошшксноэ нктальзова-а зол утлой СССР в народном хозяйство" .(Иркутск, 1939); Рос-йяпкепоках каушо-тахшпэекзх конференциях "Влшшаэ рогпоначь* X пркродно-кдшатпчзских факторов на организацаогако и (-эконстотгоеккэ осойэнпостн стронтояъстЕз в Киргизской ССР:1 Фунэо, 1989), "Проблем! соввркеяствоватм производства-сте-iehx катариалов о цзлко шщусгркгшзаидп строительства л по-шззния.сзйсмоотойкостя зданий" (Spyiraa, I9S0), "Научно-тохшт-¡скяй прогресс в технологии строи тельных материалов" (Ата-1990) s региональной конференции учэннх Сибири и Дальнего >с?ока "Наука - строитольноку производству" (Ново1сузиэц-?,13о9); 1учно-практ¡-¡ческой конференции "Отходи производства - резерв гроителъства" (Севастополь, 1990); каучно-тохнячосксм секана-5 "Контроль качества строительных [материалов" (Ккез, 1S83);

5

45-47 научно-технкчэоких конференциях Новосибирского кнжеш строительного института (Новосибирск, 1388-90); расширенна, заседании технического совета завода ЯБН-2 (Новосибирск, II

Золосвликачный кирпич отино-арошшленной. партии иагрг дан серебряной медальо ЦЩК СССР (Москва, 1990),

Публикация,.' Результаты исследований опубликованы в II чгатнш: работах.

Структура к объем работы. Диссертация содержит введен« шзогь глаз, основные выводи, список литература из 135 наш ;зашй, 13 приложений.' Общий объем работа - 238 страниц, в 1 числа 144 страницы текста, 50 таблиц, 2В рисунков.

СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность теш следований, научная новизна и практическая ценность работы,

Первая глава посвящена обзору литературных данш по вопросам химического и фазового состава зол бурых углей, як свободных оксидов.кальция и магния в процесса етруктурос зования и формирования свойств зольного камня, методам оцш активности золы и способам устранения деструктивных процесс возникающих при твердении зольных вяжущих.

Большой вклад в изучение этих вопросов внесен II.И. Бог новым, А.В. Болванеким, Е.А.. Галабиной, К.В. Гладких, В.Х. каоом, И.Н. КаЁбичевой, В.К. Козловой, Ы.А. Савшшшой, Ю.1 ховшл, !Д, С. Шарловской и др.

Анализ литературных данных показал, что золы от сжигш бурых углей представляют собой специфическое вянущее, коше ты фазового состава которого оказывают как положительное, т и отрицательное влияние на формирование структуры зольного ня. Наличие в составе золы высокотемпературной формы свобса

6

эксидов кальция и магния, зачастую покрытых оболочкой алето-силинатного стекла, приводит к деструктивным процессам при гвердешш и в некоторых случаях вызывает разрушение сформировавшейся за счет гидратация клинкерных минералов и стекловвд-ной составлящай кристаллизационной структуры. Существующие способы предварительной обработки золы: механический, термичес^' кий, введение химических добавок и др., направлены на ускорение гашения свободных оксвдов кальция и магния, которое должно начинаться при перемешивании и заканчиваться к моменту затвердевания зольных изделий. Поэтому из множества факторов, обусловливают!« качество золы, за основной критерий её оценки и выбора рационального способа предварительной обработки принято содержание именно свободного оксида кальция.

В литературе не установлена взаимосвязь между содержанием СаОсвой в золе и способом предварительной обработки, достаточным для устранения деструктивных процессов, связанных о поздним гашением свободной извести.

На основе литературного обзора сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе охарактеризованы методы и представлены результаты изучения химического и фазового составов и свойств золы сухого отбора.

В работе приведены характеристики 57 проб золы, отобранных в разное время на ТЭЦ-3 г. Новосибирска, работающей на углях

.а

Ирша-Бородкнского, Назаровского и Березовского разрезов Канско.. Ачинского бассейна.

Изучение химического состава показало, что содержание основных оксидов (Са0,БАО2 , А^О^Е^О^ , ) в основном удовлетворяет требованиям нормативно-технических документов. Химический состав золы одного угольного месторождения можно считать

7

достаточно стабильным, коэффициент вариации содержания отдел: них оксидов составляет 6,68 - 19,69 %, Состав зол от сжигани. углей разных месторождений значительно различается (коэффициент вариации 11,6 ~ 42,51 %), Существенной нестабильностью хе рактеризуется содержание ЫпО , 3>ю2 , Р£о5 (коэффициенты вариации соответственно 35,??{ 28,74 и 43,47 %) (табл. I).

Фазовый состав зол определялся по результатам рентгенофе зового, дериватографкческого и рационального химического мете дов анализа. Фазовый состав исследованных зол бурых углей пре ставлен СаОсшб, , МвО свой ,ао304 , СА, СаС03, кварцем

гематитом , стекловидной составляющей и С^А1>•

Содержание свободного оксида кальция определялось по дат даке, основанной на способности свободной извести растворятьо, в сахарном растворе с образованием сахаратов кальция. С целью замедления 'растворения сопутствующих клинкерных минералов в кг честве растворителя использован раствор сахара в спиртово-вод-ной смеси (спиртгвода = 3:2). Установлено, что содержание свободного оксида кальция изменяется от 3 до 13 % и существенная доля отобранных проб золн по атому показателю не удовлетворяет требованиям ГОСТ 25818-83; наибольшее количество проб золы содержит 4-7 % Са0СЕО(3.

При определении содержания свободного оксида магния использована методика рационального химического анализа, основан ная на избирательной растворимости некоторых минералов в растворе борной кислоты. По результатам качественного анализа принято допущение, что весь окевд магния, определяемый в борнокислой внтякке, связан с растворением именно свободного оксида магния. Содержание свободного оксида магния в исследованных пробах не превышает 3 %. По этой причине опасность возникновения десгрукцай связывается в основном с повышенным содержанием

свободного оксида кальция.

Содержание' клинкерных минералов я минералов воздушных зяжущих веществ составляет 20-28 %, остальное приходится на до~ го атаяофэрритно-стекловидкой составляющей, кварца и гематита [табл. 2). Коэффициент вариация содеряания отдельных фаз соста-имет 19,67-71,76 %, что связано о некоторой нестабильностью имического состава генеральной части исходного топлива и различной степенью его температурной обработки в топках котлов.

Результаты определения свойств золы бурых углей показали, то величины п.п.п., удельной поверхности, остатка па сито С08, зсмотря на значительный разброс, удовлетворяет требовашют ормативных документов. Прочностные характеристики пропаренного зльного камня колеблются от'З до 17 МПа. Основная часть исслэ-:ванных зол не вьщержала испытаний на равномерность изменения $шла по ГОСТ 310.3-76цементно-зояьноэ вяаулее состава 1:1 (овлетворяет требованиям ГОСТ 25818-83 по этому показатолв.

Активность зол оценивалась как методами, используемыми для щщх веществ, так и методами испытания активных минеральных бавок.

Хемосорбционная активность золы, оцениваемая по поглощению вести из известкового раствора, ив отражает фактической ак-вносги золы как гидравлической добавки, так как одновременно этекают процессы выделения- извести известьсодержащшш фазами таглощэния (сзязызания) извести составлявшими стеклофазы.

Оценка активности золы по способности к самостоятельному ¡рдению не является однозначной, так как характер изменения »чности связан с деструктивными процессами, протекающими с ¡личной интенсивностью и в разные сроки твердения, связанными удержанием ^аОсвосз в золах.

Химический состав зол и его стабильность

Месторождение Количество ч 'Содержание оксидов / коэффициент вариации, %

угля проб золн зю2 СаО - М§0 МпО

■ Ирша- 9 31,5-43,7 6,2-9,8 7,4-15,3 29,5-37,5 3,4-7,4 1,5-3,9 0,08-0,29

Бородинское 13,19 19,69 21,65 6,68 11,05 43,47 18,62

Назаровское 7 25,3-52,3 6,1-9,2 5,3-13,5 27,3-39,3 3,5-7,5 1,1-3,7 0,03-0,36

.19,1 14,97 21,89 14,08 35,77 42,42 ' 18,2

Лля всей сово- 16 25,3-52,3 6,1-9,8 5,3-15,3 27,3-39,3 3,4-7,5 1,1-3*9 0,03-0,35

купности проб 19,2 17,46 28,74 11,45 23,85 32,94 42,51

Таблица 2

Фазовый состав зол и его стабильность

количество Содержание фаз / коэффициент вариации , %

проб золы с2з Са0своб н8°своб СД СавО^ СаС Я.О.-1-1-

2,6-11,4 3,7-9,9 1,3-2,48 3,0- 4,0 1,88-6,29 0,24-4,29 63,08-79,93

( 38,59 38,59 22,05 19,62 47,49 71,76 8,93

■ В работе предложена оценка качества золы бурах углей по казателю её водоудерлмвающей способности, который опрэделя-ся по разности коэффициентов водоотдзления на воронке Бюхне-. концентрированной зольной суспензии (3/3=0,6) через 2 и 50 нут поело приготовления. Водоудерливащая способность явля-ся обобщенны:« показателем качества золы, учитывающим фазовый стаз, дисперсность и состояние поверхности частиц. По веяние водоудерживащей способности золы разделены на четыре уппы, различающиеся по показателю прочности пои сжатии и по-деншо при дальнейшем твердении. Золы с водоудеротваищей спо~ бностью от 0,5 до 4 % характеризуются отсутствием деструквнй и твердении, относительно невысоким значением предела промети при сжатии после пропаривания (3-6 Ша) и медленньр.1 рос-м прочности в последующий период твердения; золы с водоудер-ващей способностью 4-8 % отличайся максимальными значения-предела прочности при сжатии (11-12 МПа) сразу после ТВО, значительным приростом или снижением прочности к 28-суточно-возрасту и последующим ее ростом к 96 суткам; для зол с воздерживающей способностью 8—11 % значения прочности после Э близки к характеристикам зол второй группы, деструктивные оцессы в последующий период протекают более интенсивно, не-горое повышение прочности наблюдается лишь к Э6 суткам; при рицательном значении показателя водоудерживащей способности гтрукции проявляются в процессе тепловлажностной обработки, л переходе от первой к четвертой груше в золах увеличивает-содеркание СаОсво(3.

Третья глава посвящена исследованиям эффективности эл;- :-;их способоз активации зол по устранению деструктивных эцессов и разработке новых способов предварительной обработки.

В работе представлена классификация способов активации вы' II

сококальциевых воя, в которой в качестве классификационного признака принята интенсивность воздействия на золу с целью ус ранения деструкцпй, обусловленных поздним гашением Са0СБО<). П; внборе рационального способа предварительной обработки необхо дт.ю учитывать также воздействие на другие фазы материала, уч. ствующие в процессах структурообразования. Например, помол, устраняя деструкции, пошаает общую активность золы, а предва рительная гидратация. способна привести к некоторой потере активности.

В литературе нз указывается предельно-допустимое содержав СаО в золе, при которой применение того или иного способа саливации является эффективным, то есть отсутствует взаимосвя между содерлгшшеи СаОсвос1 в золе я необходимой интенсивность* её предварительной обработки для устранения связанных с ним структурных изменений. Дяя установления такой взаимосвязи прс ведена серия экспериментов на золах с различным содержанием Са0СВО(3. Использованы следующие технологические приемы: разбг дешш золы паском ила отвальной золоплаковой смесью, сухой а; мокрый помол золы или её смеси с грубодиснерсными добавками, затворение растворами хкмичоских добавок, тешювлажностная и высокотемпературная обработки. Эффективность способа оценив, лась по изменению диаметра прессованных образцов после автск вирования, наличию трещин и значению предела прочности при с тип.

Установлено, что для зол, содержащих не более 3 % СаОсв способа™, достаточными для устранения объемных изменений яе

Г)

ляюгся помол до удельной поверхности 3000-3500 см^/г или раз бавлоние её до содержания СаО ^ в составе сырьевой массы 2 При болзе высоком содержании "аОсвоз в золе деструкции танк/ мероприятиями полностью не устраняются. Для зол, содержащих

т 3 до 5 % Ca0^DO(j, шаГходнмо осуг^г<г-гт.тг.ь поглхя совместно о азбавяягащгл компоненте?!, Это позволит увеличить предельно до-уоттлоо содержание СаО свободного в состава снрьовоЗ массы ;о 2,5 /5 и одновременно повысить её шстиеность, В залах: о со-[оржашем CaOGBQiJ от 5 до ? $ объемиыэ измзпэнпя устраняется [утей мокрого помола к введением разбаилякхцэго компонента (от-¡алвной золоилаковой ci,гаси). Дня этой же группы зол эффективном шлязтся помол с послодукщш затворением кассы растворами хими-юоких добавок, отходов промышленности и природных рассолов, 'спользовались раствори ночавшш, тнсмочэвиш, хлористого ешо-ь:ЛГ отход травления меда соляной кислотой, рапа соленых озер I бяиофкт. Результаты эксперимента показала, что эффект дойст-впя зависит от вида п концентрации добавки. Повышзнноо содержа-та СаОсво5 в ома требует больной концентрации добавка я (илй) введения разбавляющего кошонанта. Например, для золы с содер-аанпом Ca0OEO(j = 5,5 % достаточным количеством хлористого ам-ионпя является 0, 5. % от массы золы, а для золы с содержанием Сг-Освой 3,3 р -1,0 | iffi^Cl . Однако, затворение хлорсодэржада-п! растворам значительно сокращает сроки схватывания всиш, пря-зодат к коррозии иеташпеских агрегатов, используемых при подготовке кассы, и способствует увеличению усадочных деформаций. Использование в качестве добавки растворов мочевины и тиомочз-вины на имзвт зтих недостатков, но но рекомендуется при автоклавной обработка издолий, что на позволяет в полной мэре использовать вяжущий потенциал золы»

Способ предварительной гидратации, осуществляемый путем двухчасового проларивания или часового автоклавирования при давлении 0,6 МПа зольной массы в сухом или увлажненном (до влажности B-Ï0 %) состоянии, позволяет загасить от 20 до 60 % СаО, Установлено, что остаточное количество СаОсво(< в золе должно

13

быть не более 2-3 %, то есть для золы с содержанием СаОсвой дс 5 % достаточной степенью гидратации является 45 % от его начал ного содержания. Очевидно, для зол с большим содержанием Са0ОЕ степень гидратации должна быть вше, для чего нужно использова более интенсивные режимы предварительной гидратации.

С увеличением содержания СаОсво(3 в золе интенсивность пре варительной обработки долина возрастать.

С целью устранения деструктивных процессов, в золах с содержанием Ca0GBOCj более Э %, в работе предложен способ обработ кп золы путём совместного обжига с суглинком. Присутствие суглинка, аморфизувцегося в процессе обжига, позволяет снизить те: пературу наиболее полного усвоения СаО до 580-620 °С. В этих yi ловиях происходит усвоение до 90 % свободной извести, о чём моз но судить по изменению интенсивности пиков данного соединения на рентгенограммах смесей до и после обжига и по уменьшении содержания Са0свос5, определяемого сшгртово-сахаратнш методой. Эз способ обработки является рациональным только для зол с содерк: ниеш Са0свой более 9 %, когда другим приёмами структурные дефс ыации не устраняются. На данный способ получено положительное i шеняе по заявке на изобретение (й 4641934 от 26.12.88 г.).

На основании результатов проведённых исследований и анализа литературных данных предложена классификация зол, в которой они разделены на пять груш в зависимости от содержания CaOCBQ¡j

и для каждой группы рекомендованы наиболее рациональные способы предварительной обработки, позволяющие устранить деструкции в зольных изделиях плотной структуры автоклавного твердения.

Разбивка зол на группы по содержанию Са0ово0 в предлагаемо классификации (табл. 3) сходна с делением зол по показателю водоудеркквающей способности. По всей видимости, показатель во-доудерживавдей способности мсг.эт бьгь дополнительны.! нлассифика ционньм признаком при выборе способа предварительной обработки

14

золы.

Классификация зол бурых утлэй и рекомендации по выбору рационального способа их предварительной обработки

Группа Содержание

non i Способы предварительной обработки ЗО/Ш ьаисвоб ' "*_

Разбавление инертными добавками Разбавление активными ■ минеральными добавками

I 1-3 Затворение горячей водой Затворогао растворами

Помол до о

■В = 3000-3500 см /г

химических добавок

Прспаривание Помол совместно о активними 3-5 минеральными добавками

Мокрый помол

Запаривание Помол + предваритель-

ная гидратация

5-7 Мокрый помол в присутствии химических добавок

Сверхгонкий Псмол + предварительная гщгса-7-9 помол тащи + затворение растворами

химических добавок

Обжигппри t = 1000- Обете совместно с акткз-болеэ 9 1100 С с последую- ной минеральной добавкой щшл помолом • при tu = 580 - 620 С

Четвёртая глава посвящена разработка составов и технологических схем получения мзлкоштучяых стеновых материалов на основе зол сухого отбора и отвальных золошлакоанх смесей.

Имеющийся опыт использования золоолаковых отходов показал их еффоктивность в производстве мелколгаучных стеновых маториг-лов (МШ). Их получение возможно как по традиционным технологиям, Т8к п с элементами замены на лвбом технологическом пвродоло» Технологическая схема получения МСМ определяется качеством золэ-шлаковых отходоз, а также степенью замены ими традиционного сырья.

Варианты технологических схем получения стеновых матариа-»

5

лов различаются способами подготовки вяаущего, способами форыо вания (прессование, вибропрессоваша) и условиями твердения (автоклавирование, пропаривание, нормальные условия).

В результате проведенных исследований установлено, что основная часть зол, получаемых на ТЭЦ-3 г, Новосибирска, содеряж 4-8 % СаОсвой, В соответствии с разработанными рекомендациями рациональными способами подготовки таких зол яеляются сухой ил мокрый помол с введением разбавляющих компонентов» Выбор способа формования и тепловлагаюстной обработки определяется техническими возможностями -предприятия и требованиями, предъявляемы-мп к готовил изделиягл.

Вид заполнителя такие мояет вносить иаманения в технологическую схему получения МШ. В качестве возможных заполнителей были рассмотрены песок, отвальная золошлаковая смесь (ЗШС) и отработанная формовочная масса (отход литейного производства). Сравнительная оценка свойств этих материалов показала эффективность использования в качества заполнителя отвальной золошлако-вой смеси. Установлено, что химический, фазовый и гранулометрический состав ЗШС отличается нестабильностью, обусловливаемой особенностями гидравлического складирования материала. Коэффициент вариации содержания отдельных оксидов колеблется от 7,2 до 60,1 %,, Фазовый состав представлен кварцэм, гематитом, СаС03, стеклофазой, гидросиликатами тобэрморитовой группы и частицами несгорешего топлива. Нестабильность гранулометрическо: состава ЗШ сказывается на различных технологических характеры1 тиках заполнителя (пустотности, потребности в вяжущем и др.), ] некоторых случаях для снижения содержания зольной составляющей в заполнителе требуется введение грубодисперсного компонента.

Изучение возможности получения МСМ по технологии силикатного кирпича и стеновых камней осуществлялось с использованием метода планирования ыногофакторных многоуровневых эксперименте:

16

Вариант получения МСГ»! по технологии силикатного кирпича прорабатывался для случая частичной замены извести в известново-кремнеземистом вяжущем золой при подготовке влекущего сухим помолом. Анализ результатов эксперимента показал, что зола буркх углей является эффективным замаицтелш извести в составе вяжущего. Вид золы, оцениваемый комплексом показателей, в частности содержанием СаОсвой, оказывает существенное влияние на все свойства эаяояэвестновояремиезомистого вянущего н готовых изделий на их основе. При использовании золы с содержанием СаСст,0!^ 47 % степень замэнн извести на золу может достигать 75 %, Замена песка з. составе кремнеземистого компонента вяжущего гга отработанную формовочную массу в диапазоне от 50 до 75 % способствует повышению дисперсности, а вместе с тем и актпсностп вягсущэго. Использование отработанной формовочной массы в составе эалолп-тояя снижает среднюю плогнссть готовых изделий, из скаэызля ■слияния на механические характеристики и водостойкость.

Из технологических параметров наиболее значкам оказалось время вылёживания фбрмовочной массы, увеличение которого способствует повышению качества готовых изделий. Однако длительно-» вылеживание приводит к окомковыванив массы экспериментальных составов в большей степени, чем традиционной. Это создает необходимость сокращения процесса вылеживания или замени ого яа интенсивное механическое -растирание.

В результате проведенных экспериментов подобраны параметры получения золосиликатного кирпича марок 100, 125 и 150 при максимальном приближении к традиционной технолог™ (табл. 4).

При полной замене традиционного вяяудэго (извести или цо-кзтл4 ¡'д золу, особенно с повышении« содержанием СаОСБС(3, подготовку 1';£жукего целесообразно вести яугея мокрого пемола.

Изучаюсь влияние качества золы, еодозсльного стнсиенал,

Состав к свойства з оло силикат ног о кирпича

Марка Рецептурныэ и' технологические Свойства готовых параметры • изделий

кир- Актив« Продол- Давле- Состав Предел Средняя Коаф-нос,тъ житель- ¡шз ' заполните- проч-< плот- фяци-П„„А - ^ А посп проссо- ля: паоок: ности нос-гь, ент ■ массы, гаконшг, ванкя,.горелая при -гУгч3 размг-а _ т„ земля, % сжатии, 1/0 чэния _4 МПа __

100 5 4 20 50:50 12 1,77 0,89.

125 5,5 4 -20 25:75 14,2 1,76 0,70

150 6. 4 23 50:50 17,2 1,23 0,85

Примечание. Состав вянущего: зола.-известь = 3:1.

продолжительность помола и наличия химических добавок (мочевини ЛСТМ* буры и известкового теста) на вязкость и "жизнеспособност (сохранение вязкости не выше 7 пз) зольного шлама. Установлено, что для получения зольного шлама оптимальными являются В/3= 0,4 и продолжительность помола -10-15 мин. В качестве добавки, позво ляющей сохранить вязкость шлама на необходимом уровне, принято известковое тесто, которое кроме того.будет способствовать интенсификации процессов гидролиза стекловидной составляющей зо-лошлаковнх отходов, Дозировка вводимого при помоле известкового теста должна обеспечивать суммарное содержание СаОсао^ золы и извести в вянущем на уровне 10-12 %.

При подготовке вяжущего путем мокрого помола формование МСМ возможно методами полусухого прессования и вибропрессования с последующим твердением при пропаривании или автоклавировании.

Эксперимент показал, что наиболее сильное влияние на все свойства готовых.изделий оказывает гранулометрический состав заполнителя и качество золы. Различия в качестве золы, в том числе по содержанию СаОсвоб, приводят к разбросу прочности в 1,5-2 раза при прочих равных условиях-. Увеличение доли зольной

18

составляющей в заполнителе способствует ухудшению всех характеристик готового продукта.

Разработаны оптимальные составы многокомпонентных майи для получения мелкоштучннх стеновых материалов: количество зольного вяжущего по -сухор/у веществу от массы заполнителя долтао' составлять 30 - 35 %•, содержание тонкодисперсной (зольной) фракции в заполнителе (золошлаковой стаж) не должно превышать 30 %. Корректировка гранулометрического состава осуществлялась введением в состав заполнителя отработанной формовочной масса (горелой земли).

. Интенсивность уплотнения в принятом диапазоне ( от 16 до 24 Ша для прессованных и от 0,01 до 0,05 МПа для вибропрессованных образцов) сказывается на плотности и водопоглощвнни изделий, не оказывая существенного влияния на прочность.

В пятой главо работы приведены результаты исследования фазового состава цементирующей связки, структуры и эксплуатационных. характеристик эолосиликатнах стеновых материалов, полученных из масс оптимального состава при подготовке вяжущего путем мокрого помола на основе золы с содержанием Са0СВО(^ 6,7 % при разных способах формования и условий твердения.

Результаты рентгенофазового, дифференциально-термического и электронно-микроскопического анализов показали, что фазовый состав цементирующей связки золосиликагных материалов представлен в основном кристаллически:® сростками и гелем гидросиликатов кальция различной основности.

Порометрические исследования показали, что различия в структуре изделий в значительной степени обусловливаются способом формования и заключаются в объеме пор и характере их распределения по размерам, У вкбропрессованных образцов объем пор

Таблица 5

Свойства зато силикатных изделий оптимального состава

Виц материала Средняя Водо-шют- нотло-шзнкз, НОСТЬ, <й г/см3 70 Предел прочности при сжатии, , МПа Коэффициент размягчения Морозостойкое цикл

Пропаренный

прессованный 1,88 9,95 8,08 0,82 50

вибропрз ссованный 1,78 13,47 6,79 0,85 75

АвтоклавировайныЙ

црес-^-чяный 1,93 6,79 14,33 0,87 50

виб.! : сосанный 1,80 13,24 9,66 0,86 75

на 35 %, а средний диаметр пор на 50 % больше, чем у прессован

нкх,- Для прессованных образцов харктерны в большей степени мак

ро-, а для вибропрессованных - макропоры. Изучение кинетики во /

допоглощения позволило установить, что у прессованных образцов более 50 % пористости составляют открытые поры, а у вибропрессованных преобладает замкнутая пористость.

Комплексом методов .испытаний определены эксплуатационные свойства МСМ и их способность противостоять воздействии факторов окрукагацей среды (изменение температуры и влажности, действие мороза, солнечных лучей и т.п.). Эксперимент показал, что при хранении в воздушно-влажных условиях в течение года прочность образцов возрастает. Величина прироста прочности зависит от режима ТВО и в среднем составляет 30 %, Готовые изделия характеризуются высокой водостойкостью и стойкостью к попеременному увлажнении и высушиванию. Хранение образцов в воде в течение года сопровождается ростом прочности за счет продолжающегося процесса гидратации стекловидной составляющей золошлаковых отходов.

Оценка морозостойкости образцов.проводилась по методике ускоренных испытаний-(оттаивание в растворе КаС1 ). Величина

20

роэостойкости изделий, полученных разными способами формова-1, хорошо коррелирует с характеристиками поровой структуры, эка по морозостойкости не ниже 60 (табл. 5). Испытания на-шатостойкость подтвердили возможность использования получен-{ материалов в условиях Сибири. Радиационно-хшлическая оценка гошлаковнх отходов и изделий на их основе показала, что со-1жание радионуклидов не превышает ПДК,

Результаты проведенных испытаний позволят оделать вывод о ¡таточно высокой долговечности л возможности эксплуатации МШ разработанных составов в строительства без особях ограничений.

Частая глава содержит результаты опытно-промышленной 2Эрки основных положений работы и расчет экономической эффек-ностп использования золошлаковых отходов.

Выпуск опытно-промышленной партии золоснликаткого кирпича ществлялся на заводе ЖБИ-2 г. Новосибирска по традиционной иологии. В процессе заводского эксперимента было отмечено, золосиликатная масса обладает хорошими формовочными свойст-и, предел прочности при сжатии сырца составил .0,5-0,65 МПа. ытания автоклавированных изделий установили их соответствие 5ованида ГОСТ 379-79 к кирпичу марки 150, Полученный золоси-1тный кирпич отличается от силикатного более высоким значени-гредела прочности при изгибе (3,0-4,0 МПа) и более темнш гом.

Проверка возможности получения стеновых камнзй на основа и золошлаковых смзсей осуществлялась на Стройбаза траста £ьтбытстрой"\ г, Красноярска. В соотвэтстгзи с результатами жо-механических испытаний установлено, что полученные стэ-ie камни отвечают марке 75 и удовлетворяют требованиям ' 6133-84.

На основании результатов лабораторных исследования к ен~ :а опытно-промышленных партий готовых изделий разработан 21

технологический регламент на производство мелкоштучных стано вых изделий из отходов промышленности и теплоэнергетики.

Экспресс-методики контроля качества золы по содержанию свободных оксидов кальция н магния внедрены на ТЭЦ-3 г. .Ново бирска для паспортизации зол и переданы к внедрению в УС "Си .акддемстрой" для осуществления входного контроля качества зо Использование этих методик позволят своевременно корректиров составы зольных масс и определять необходимый способ предвар тельной обработки зол,

ЭДекгивность использования золошлаковых отходов в про* водстве МСМ определяется экономией природных сырьевых ресурс сокращением технологического цикла, ликвидацией золоотвалов, такие рядом экологических преимуществ.

Экономический эффект от использования золоалаковых отхс в производстве золоеиликатного кирпича в условиях цеха силщ ного кирпича завода ЕЕИ-2 производительностью 36 млн. шт. ка пича в год, рассчитанный на основании результатов выпуска 0] но-пршыииешюй партии, составит 742,53 тыс. рублей в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. Химический состав зол бурых углей одного месторовде достаточно стабилен (коэффициент вариации содержания основн ококдов - 6,88-19,69 %). При сжигании углей разных месторож ний в пределах одной ТЭС наблюдается существенное различив химическом составе (коэффициент вариации 11,6-42,5 %), Фазе состав представлен кристаллическими (/Ь-С28, СА, СаОсв<х),м( СаС03,СаБО^ , кварц, гематит) и стекловидными состе

вдшди, Количество клинкерных минералов и минералов воздуши вяжущих веществ в исследованных золах составляет 20-28 %, < тальное приходится на долю ажомоферритной и стекловидной ф кварца и гематита. Различия в фазовом составе приводят к к

22

бандам прочностных характеристик эолыгах материалов,

2, Разработаны и усовершенствованы экспрессные мэтодшш рационального зпшичэопого анализа дахя опрэдэления содормання свободных оксидов кальция и мзгния в золэ бурых утлой. Содержание свободного оксида кальция в исследованных золах измэня-у лооь от 3 до 13 %, существенная доля проб по это!лу показателя нз удовлетворяем требованиям нормативных документов. Наиболь^-шзя .часть исследованных проб золы содержит 4-7 % свободного оксида кальция. Содержание свободного оковда магния на превышает 2,6 %. .

3, Продогош! способ оценки активности зола и прогнозирования е8 поведения при твердвшт по показатели водоудераиваюшай способности, '

4, Теоретически обоснована к впзрвнз практически показала возможность устранения деструктивных прсцзсоов в золе О БЦСОКЕИ содержанием Са0ово^ путем её совместного обжига с суглинкш щщ температуре 580-620 °С,

5, Установлено, что необходимая степень ннтенсивностц предварительной обработки золы, шещай цзльа уотранзнжз деструктивных процессов при твердении, связана о количзствда свободного оксвда кальция в ее составе, Представлена классификация золы бурых углей в зависимости от содержания свободного оксвда кальция в ей состава и рекомендации по выбору рационального способа предварительной обработки золы при использован® в изделиях плотной структуры автоклавного твердения.

6, Показана возможность получения мелкоатучннх становых материалов на основа золошлаковнх отходов как по традиционным технологиям, так и с элементами законы на лпбом технологическом переделе. Выбор технологической схемы получения МСМ зависит от качества золсшлаковых отходов и степени замени года традиционного сырья. Подобраны рецептурные л технологические па—

раглзтрн, позводедко назвать ИШ при подготовке вязсувзго пуге сухого ели мокрого послала.

7, Изучение фазового состава цешнтиружцзй связки и поров структура позволяет прогнозировать выоокпе твхишсо-экоплуатаср ошшз свойства ШЛ. Коглыгэксом проведенных испытаний пшэлэш хорошие вадог., воздухо- а морозостойкость стеновых згздолпй на основа разработашшх составов, Радиационная оцонка золоалаковц отходов и материалов на их основе показала, что содержание•радионуклидов в нах нэ превышает №. Таким образом ИСМ из отходов теплоэнергетики иогут использоваться в строительства в условиях Сибири без особых огршшчэииИ.

8. Выпуск опитао-црсшищеиках партий зодосигасатного кирпича и стеновых кашшй .подтвэрдая возиошгасть лолучзная ММ из црэдлагаашх составов но различна технологии. Разработан тех нологачаохЕЙ рзглаькяга на производство стеновых изделий из отходов тешшзнэрготики и 'щюшшманосад.

Эконоетчоский еффект от использования золсшяаковых отходо в производства золосиликатного кирпича на завода НбИ-2 г, Новосибирска в условиях цеха .силикатного кирпича производительно стьа 33 ьиы. от, усл. кирпича в год, рассчитанный на-основа вы пуска опшгночфсшаязкншс партий, составит 742,53 тыс, рублей а год..

Методики контроля содер.тлашя свободгшх оксидов кальция и ] ыагняя внедрэны на ТЭЦ-Э г. Новосибирска с цакьа паспортизацаи если и поредаш к шедрэнкт в УС "Сибакадегдатрой" дая осуществ лешя входного контроля качества зовд.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Зольный кирпич автоклавного твердения / В.К, Козлова, Э.Л

Кучерова, Е.Б, Долгова, АД). Казакевичус//Информ. листок НГД, *

3 88-71.- Новосибирск: ИДТИ, 1938.

2. Козлова В.К., Гвндазр И.В., Долгова Е.Б. Методика определения содержания свободного оксида магния в эоле-уноса бурнх углей //Использование отходов попутных продуктов в производства строительных материалов и изделий. Охрана окружающей среда.- !.?. s ВНИИЭСМ, 1989.- Вып. 3. - С. 8-9. '

3. Козлова Б.К., Долгова Е.Б. Свойства строительных изделий на основе зольных композиций //Комплексное использование зол углей СССР в народном хозяйстве: Тез.. докл. Всесоюзк, совещания.-Иркутск, 1989. - С. 69-70.

.4. 'Козлова В.К., Генцлер И.В., Долгова Е.Б. Химические методы оценки качества золы-уиоса бурых углей //Известия вузоз. Строительство и архитектура.- 1990.- 3 6,- С. 56-59.

5. Долгова Е.Б. О возможности использования отходов теплоэнергетики в производстве стеновых материалов // Строителышо материалы с использованием попутных продуктов промышленности республики: Сб. науч. трудов.- Фрунзе:ФПИ, 1990.- С. I05-II2..

6. Долгова Е.Б., Генцлер И.В. Влияние рецэптурно-техноло-гическйх факторов на свойства мелкоштучных стеновых материалов //Проблемы совершенствования производства стеновых материалов с целью индустриализации строительства и цовшения сейсмостойкости зданий: Тез. докл. Реслубл. науч.-техн. конф,- Фрунзе, I990.-C.I4.

7. Козлова В.К., Долгова Б.Б., Генцлер И.В. Свойства мелкоштучных стеновых материалов на основе золоилаковых отходов КАТЭК //Использование минерального, древесного сырья и вторичных ресурсов в производстве строительных материалов и изделий: Тез. докл.- 'Республ. науч.-техн. конф. - Алма-Ата, 1990.- С, 23.

• Кбзлова В.К., Геншер И.В., Долгова Е.Б. Стеновые материалам ¡in бснове отходов теплоэнергетики и промышленности: Тез. докл. науч.-техн. кон$,- Новосибирск: НИСИ, 1990. - С. I4I-I42.

9. Генцлер И.В., Долгова Е.Б., Лисицина Д. ^Определение активности цемента и золы от сжигания бурых углей по водоуцэржи вашей способности // Там жв.~ С, 149-150.

10. Козлова В.К., Долгова Е.Б., Генцлер И.В. Получение ore новых материалов из отходов теплоэнергетики и промышленности // Промышленные отходы - резерв строительного производства: Мат«ри алы конф,- Севастополь, 1990.- С. II5-II6.

11. Золосиликатный кирпич: Пристендовый листок к экспонату на ВДНХ'СССР.- Новосибирск, 1989. ,