Звіт з…

«Виготовлення малоклінкерного золо-сульфатного вяжучого»

1. Актуальність теми

Сучасний стан будівельної індустрії України в цілому характеризується інтенсивним зростання попиту на в’яжучі речовини, особливо на портландцемент, шлакові та зольні в’яжучі. Але зростання виробництва таких в'яжучих пов’язане з необхідністю розробки і використання нових джерел сировини.

Актуальність наукових досліджень процесу новоутворень композиційних матеріалів з використанням відходів виробництва в технології будівельних матеріалів одночасно вирішує і екологічні проблеми.

Найперспективнішими для утилізації у виробництві будівельних матеріалів, з точки зору мінералогічного та хімічного складів, є відходи теплоенергетичної галузі, які представлені золами і шлаками ТЕС.

Зола вугільна –мінеральна речовина, що залишається після спалювання вугілля на ТЕС, переважно складується в мокрих золовідвалах і лише частково використовується в цементній промисловості як сировина і добавка, у виробництві будівельної кераміки, асфальтобетону, випалювального і безвипалювального гравію. Золовідвали займають величезні площі землі, які вилучаються з раціонального господарського використання. Наявність в золі виносу таких компонентів, як оксиди кремнію та алюмінію, свідчить, що вона є доброю сировиною для синтезу цеолітів. Останнім часом відомі різні методи здійснення процесу синтезу цеолітів з золи виносу та способи їх використання в охороні навколишнього середовища.

Використання золи теплоелектростанцій було відоме ще на початку 30 років ХХ ст. На сьогоднішній день їх широко використовують у виробництві цементу, для виготовлення пористих заповнювачів, щільних та ніздрюватих бетонів.

Як свідчить аналіз літературних джерел, в Україні на площі понад 230 тис. га родючих сільськогосподарських земель нагромаджено понад 10 млрд. тон твердих відходів. Рівень утилізації твердих відходів в Україні складає приблизно 12 % річного їх утворення. Це спричиняє їх накопиченню і вимагає реконструкції існуючих відвалів та створення нових. Відомо, що приблизно 50% всієї електроенергії, яка виробляється в Україні належить тепловим електростанціям. Як свідчить статистика, зольність видобутого вугілля щороку зростає, і відповідно енергетичне вугілля, яке поступає на теплові електростанції, в середньому складає 26,3-36,2%, що призводить до зростання кількості золошлаків, а також золи, яка виноситься із відхідними газами. Відбувається постійне накопичення золи та золошлакових відходів у золовідвалах теплових електростанцій, які сьогодні становлять приблизно 400 млн. тон. Внаслідок цього закінчується проектна ємність більшості золовідвалів ТЕС, а отримання нових земель є проблематичним. З метою вирішення цієї проблеми деяка кількість золошлаків після дослідження вмісту радіоактивних і токсичних компонентів, використовується як сировина у промисловості будівельних матеріалів, а також у будівництві доріг як засипка при влаштуванні основи асфальтобетонних покриттів. Дрібнодисперсну золу використовують як наповнювач для виробництва рулонних покрівельних матеріалів. Однак, рівень утилізації золошлакових відходів ТЕС становить приблизно 1% існуючих запасів, тому розширення сфери застосування цих відходів є актуальною задачею сьогодення.

Малоклінкерне зольне в’яжуче ми отримаємо шляхом спільного помелу золи 95%..75% ,клінкеру 5%..25%(в якості лужного активатора зали),5% фосфогіпсу(для покращення строків тужавлення). У золі вміст невипаленого палива повинен бути мінімальним (у кам'яновугільних золах — не більше 10%, торф'яних — 5), вміст SО₃ не повинен перевищувати 3%, СаО і МgO, що викликають нерівномірність зміни об'єму в'яжучих,— 5%. Склад мало клінкерних зольних в'яжучих речовин залежить від вмісту у золі активного оксиду кальцію і мінералів, що здатні до гідратації. Оптимальний вміст клінкеру в цих в'яжучих становить 10...40 %, зменшуючись при збільшенні у золі вмісту вільного оксиду кальцію й активних мінералів.

Тонкість помелу малоклінкерних зольних в'яжучих, як і інших вапномістких гідравлічних в'яжучих речовин, повинна бути такою, щоб при просіюванні крізь сито № 008 проходило не менш 90 % маси проби. Тужавлення в'яжучих цієї групи повинне починатися не раніше ніж через 25 хв, а кінець — не пізніше ніж через 24 год після початку замішування водою. Тужавлення прискорюється, а також поліпшуються інші властивості в'яжучих при введенні до їхнього складу гіпсу (близько 5 %) і застосуванні негашеного вапна.

На відміну від інших пуцоланових в'яжучих, зольні в'яжучі мають меншу водопотребу і водоутримуючу здатність. Твердіння їх супроводжується утворенням гідроалюмосилікатів (гідрогранатів) і гідросилікатів кальцію, від співвідношення й основності яких залежить міцність в'яжучих речовин. Максимальну міцність мало клінкерним зольним матеріалам надають низькоосновні гідросилікати кальцію. Переважне утворення гідросилікатів кальцію можна забезпечити підбором оптимального складу в'яжучого, а також збільшенням температури та тривалості і гідротермальної обробки. Швидкому утворенню гідросилікатів кальцію сприяє також високий ступінь помелу золи.

Марку малоклінкерних-зольних в'яжучих встановлюють так само, як і для портландцементу. Особливість випробувань полягає в тому, що зразки-балочки витримують спочатку у вологому середовищі протягом 7 діб, а потім зберігають у воді протягом 21 доби. Марки в'яжучих: М50, М100, М150 і М200. Автоклавна обробка дозволяє одержати на основі зольних в'яжучих речовин бетони з міцністю 15...25 МПа.

За основними будівельно-технічними властивостями зольні в’яжучі є близькими до інших пуцоланових в'яжучих речовин. Переважною областю їхнього застосування є мурувальні та штукатурні розчини, а також вироби автоклавного тверднення. Виробництво зольних матеріалів є економічно ефективним, тому що потребує у 2...2,5 рази менше капітальних вкладень, ніж цементне виробництво.

Збільшення міцності зольних в'яжучих може досягатися:

• зниженням водопотреби в'яжучих за допомогою пластифікуючих добавок та створенням, таким чином, більш сприятливих умов гідратації і структуроутворення;

• за допомогою хімічних добавок — прискорювачів тверднення.

В якості пластифікуючих добавок можуть бути використані добавки типу ЛСТ, С-3 й інші.

Значно більшого зростання міцності можна досягти при введенні у в'яжучі речовини добавок-електролітів. При цьому поряд із прискоренням тверднення має місце й пластификуюча дія добавок. Найбільш значний прискорюючий та пластифікуючий вплив виявляє суміш хлоридів кальцію і натрію у співвідношенні СаС1₂:МаС1 =2:1. При цьому водопотреба в'яжучих на 25...30% менше, ніж у в'яжучих з добавкою суперпластифікатора С-3. Солі електролітів сприяють підвищенню іонної дії рідинної фази в'яжучих та зростанню рухливості іонів ОН, підвищують розчинність вапна, чим і пояснюється зниження водопотреби і збільшення активності в'яжучої речовини. Визначено, що активність вапняно-зольних в'яжучих може бути суттєво підвищена при замішуванні їх лужними розчинами. Для армованих конструкцій можуть використовуватися добавки нітратів та нітритів кальцію або комплексних добавок з обмеженим вмістом хлоридів.

При дотриманні всіх технологічних параметрів процесу одержання в’яжучих нормальна густота тіста дорівнює 22...24 %, що сприяє досягненню досить високої щільності штучного каменю. Це, у свою чергу, забезпечує одержання в'яжучих активністю 35...42 МПа при тепловологісній обробці зразків складу 1:3 (в'яжуча речовина : стандартний кварцовий пісок). Подальше підвищення дисперсності в'яжучих супроводжується зниженням міцності зразків, що пов'язано із зростанням водопотреби.