Материалы и изделия из техногенного и вторичного сырья. Учебное пособие

–каменноугольные, образующиеся при сжигании каменного, кроме тощего, угля (КУ);

–буроугольные, образующиеся при сжигании бурого угля (Б).

В зависимости от химического состава золы подразделяют на типы:

–кислые (К) -- антрацитовые, каменноугольные и буроугольные, содержащие оксид кальция до 10 %;

–основные (О) -- буроугольные, содержащие оксид кальция более 10 % по массе.

Золы в зависимости от качественных показателей подразделяют на 4 вида:

I – для железобетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов;

II – для бетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов, строительных растворов;

III – для изделий и конструкций из ячеистого бетона;

IV – для бетонных и железобетонных изделий и конструкций, работающих в особо тяжелых условиях (гидротехнические сооружения, дороги, аэродромы и др.)

В соответствии с ОСТ 34-70-542-2001 «Зола-унос тепловых электростанций. Нормативные характеристики» золы классифицируют исходя из районирования многочисленных месторождений угля и подчинения их крупным регионам. Этот стандарт устанавливает требования

кпылевидным золам, полученным при сжигании донецких, подмосковных, львовско-волынских, кузнецких, Экибастузский, ИршаБородинских, Назаровских углей и прибалтийских сланцев. Кроме показателей химического состава и дисперсности нормируется характеристика плавкости зол, что необходимо в случае их применения для производства обжиговых материалов.

Помимо приведенных в стандартах существует ряд классификаций, разработанных различными исследователями, например, в зависимости от места осаждения и отбора зол. По-разному осажденные золы отличаются существенными особенностями. Зола-провал, выпадающая из турбулентных потоков газов в бункер подтопочного пространства, имеет крупные частицы с наибольшей истинной плотностью. Золаунос, выносимая из зоны сгорания топлива дымовыми газами и улавливаемая в аппаратах очистки, высокодисперсна. Чем больше ступеней

51

очистки проходят отходящие газы, тем мельче выпадающие из них частицы золы. Мелкие и мельчайшие фракции золы содержат наибольшее количество шарообразных частиц и меньше несгоревших органических остатков. При добавке в бетон они наиболее активно проявляют пуццолановые свойства и повышают удобоукладываемость бетонной смеси.

Существует ряд классификаций зол ТЭС по химическому составу. В основу их положено содержание различных оксидов: SiО2, Аl2О3, Fe2О3, CaO, MgO. В зависимости от их соотношения золы делят на два класса: I – золы, при смешении с водой затвердевающие в камневидное тело; II – затвердевающие лишь при смешении с известью и водой, т. е. обладающие пуццолановыми свойствами. Этот признак наиболее важен, потому что золы, имеющие высокую гидравлическую активность и способность к самостоятельному твердению, обычно непригодны для получения многих обжиговых материалов. Класс золы определяется значением модуля основности, выраженного отношением (СаО + MgО)/ (SiО2 + Аl2О3).

Все золы по содержанию СаОобщ классифицируются на высококальцевые – СаОобщ (более 10 %) и низкокальцевые– СаОобщ (менее 10 %). Золы с высоким содержанием СаО + MgO целесообразно использовать

впервую очередь в качестве сырья для производства вяжущих веществ, а низкокальциевые – в качестве активных заполнителей в ячеистых бетонах, активных минеральных добавок к цементам и бетонам,

впроизводстве кирпича, искусственных пористых заполнителей и т. д. Классификация зол ТЭС по фазовому составу учитывает три воз-

можные фазовые составляющие: стекло, возникающее при быстром охлаждении расплавленных минеральных компонентов топлива; частично закристаллизованная фаза, образующаяся при медленном охлаждении шлакового расплава; аморфизованное вещество неорганической части топлива. Наиболее активная составляющая зол и шлаков – стекло. Аморфизованное глинистое вещество также является активной составляющей. Частично закристаллизованная фаза обладает пониженной активностью. От соотношения трех указанных фазовых составляющих и их индивидуальных особенностей зависит гидравлическая активность зол и шлаков, а следовательно и возможные направления их использования [6].

52

По активности золы классифицируются на активные, скрытоактивные, инертные.

1.Активные Мо = 0,5–2: СаОобщ. – 20– 60 %, СаОсвоб. до 30 %

Кк =1–3,6;

2.Скрытоактивные Мо = 0,1–0,5: СаОобщ. – 5–20 %, СаОсвоб. до

0–2 % Кк =0,5–1,5;

3.Инертные Мо менее 0,1: СаОобщ. – 0,5–5 %, СаОсвоб. до 0–1 %

Кк =0,4–0,9.

К первой группе относятся золы, обладающие самостоятельными вяжущими свойствами, вторая и третья группы, главным образом, кислые золы, не обладающие самостоятельными вяжущими свойствами и требующие активаторов твердения [6].

Новочеркасская ГРЭС является одним из крупнейших энергетических предприятий на Северном Кавказе, которая обеспечивает электричеством и теплом весь регион. Работает она на твердом топливе (каменный уголь). После развала СССР, ГРЭС была вынуждена перейти на менее теплотворное топливо, из местного (Гурьевского) месторождения бурых углей. В связи с этим, отходы в виде золы и золошлаковой смеси значительно выросли. Расширение зоны их складирования обострило экологическую ситуацию. Требуется разработка мероприятий по утилизации отходов и улучшению экологическойситуации в регионе.

Замещение части цемента золой-уноса приводит к уменьшению усадочных деформаций бетона, увеличению длительности прочности бетона, также такие бетоны отличаются высокой трещиностойкостью, что особенно ценно для массивных бетонных и гидротехнических сооружений. Испытания бетонов длительными нагрузками показали, что введение золы-уноса также снижает ползучесть бетона. Зола-унос, как

идругие активные минеральные добавки, способствует повышению коррозионной стойкости, в том числе сульфатостойкости цементных бетонов, повышает их водонепроницаемость и удобоукладываемость.

Зола-унос в сочетании с быстротвердеющим портландцементом может применяться для изготовления конструкционных элементов из сборного предварительно напряженного железобетона, подвергающихся тепловой обработке. Потенциальные возможности использования этого бетона разнообразны, включая массивные конструкционные элементы, устройство фундаментов, стен подземных частей зданий и т. п.

53

Зарубежный опыт применения золы-уноса и золошлаковых смесей демонстрирует самые разнообразные сферы эффективного применения данных материалов в промышленном, гражданском, дорожном, гидротехническом строительстве и в иных областях.

Порядок выполнения работы

Испытание золы-уноса Новочеркасской ГРЭС проводят по методике, приведенной в лабораторной работе № 2 «Испытание отходов разработки вулканических туфов Каменского карьера» (см. с. 22–25 данного издания).

Задание

1.Определить влажность золы-уноса.

2.Определить насыпную плотность отходов ТЭС.

3.Определить зерновой состав отходов.

4.Определить модуль крупности отходов.

5.Построить график зернового состава золы-уноса Новочеркасской ГРЭС.

Контрольные вопросы

1.Отходы ТЭС, классификация.

2.Свойства золы-уноса ТЭС.

3.Использование золы-уноса ТЭС в строительстве.

54

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Цель: изучение отходов деревоперерабатывающих предприятий для производства строительных теплоизоляционных и конструкционнотеплоизоляционных материалов и изделий.

Общие сведения

К древесным отходам относятся: ветви, сучья, вершины, козырьки, опилки, пни, корни, кора и хворост, которые в сумме составляют около 21 % всей массы древесины. При переработке древесины на пиломатериалывыходпродукциисоставляетвсреднем65%,аостальнаячастьобразует отходыввидегорбыля(14 %),опилок(12%),срезок имелочи(9%).

При изготовлении из пиломатериалов строительных деталей, мебели и других изделий получают отходы в виде стружки, опилок и отдельных кусков древесины, составляющие до 40 % массы переработанных пиломатериалов. Отходы, образующиеся в процессе обработки древесины, классифицируют в зависимости от их вида на три группы: 1) твердые (или кусковые), 2) мягкие (опилки, стружка) и 3) кора.

Отходы древесины классифицируют по двум признакам: по плотности и способу получения. К первым относятся твердые и мягкие остатки, а также кора. По способу получения различают отходы, полученные при первичной или вторичной обработке, при вырубке деревьев, при использовании леса-кругляка.

Перерабатывающая промышленность должна быть безотходной, поэтому в переработку идут такие остатки:

–зеленая масса деревьев и кора измельчаются и идут на нужды аграрного сектора: ими заполняют компостные ямы, их используют для мульчирования. После специальной обработки эти отходы можно добавлять в состав животноводческих кормов;

–пни и кряжи – их сначала перерабатывают в щепу, а затем используют в сельском хозяйстве;

–обрезки – их получают в виде кусков, а в дальнейшем применяют при изготовлении различных видов щитов или перерабатывают в щепу;

–горбыль – получается при вторичной обработке сырья. В зависимости от размеров горбыль используется для изготовления черновых заготовок,обаполаилиизмельчаетсядляформированиятопливных паллет;

55

– щепа, стружка, опилки – уходят на изготовление древесно-стружеч- ных и древесно-волокнистых плит. Также стружка иопилки используются дляпосыпкискотныхдворов,вкачествемульчи,утеплителя.

Для производства строительных материалов и изделий в основном используют опилки, стружку и кусковые отходы. Последние применяют как непосредственно для изготовления клееных строительных изделий, так и перерабатывая их на техническую щепу, а затем на стружку, дробленку, волокнистую массу и т. д. [7].

Древесные отходы без предварительной переработки (опилки, стружка) или после измельчения (щепа, дробленка, древесная шерсть) могут служить заполнителями в строительных материалах на основе минеральных вяжущих. Эти материалы характеризуются невысокой средней плотностью и теплопроводностью, а также хорошей обрабатываемостью.

Пропиткой древесных заполнителей минерализаторами и последующим смешиванием их с минеральными вяжущими обеспечивается биостойкость и трудно-сгораемость материалов на их основе. Недостатками материалов на древесных заполнителях являются высокое водопоглощение и сравнительно низкая водостойкость.

По назначению эти материалы делятся на теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные. В композиции с древесными заполнителями могут применяться все виды минеральных вяжущих,основным из которых является портландцемент [8, 9].

Технологическое применение древесных отходов

Древесные отходы 1-й группы используют для создания предметов и изделий внушительных размеров и объемов.Это могут быть паркетные доски, щиты, поддоны, ящики, паллеты, бочки. Также их можно использовать в мебельной промышленности. Чаще они подходят для производства комплектующих деталей незначительных размеров, для которых не требуется материал высшего сорта. Это оптимальный вариант, при котором мебельные фирмы могут существенно экономить средства.

От утилизации древесины можно отказаться, если найти ей применение в строительной индустрии. Например, ненужные остатки впоследствии могут стать теплоизоляционным или кровельным материалом для дачи.

Полная утилизация деревьев и компонентов, непригодных для основного применения осуществляется методом сжигания. В больших объемах отходы древесины скупаются промышленными организациями и компаниями, и используют в качестве топлива. Такая технологическая процедура в производственных масштабах позволяет вырабатывать электро- и теплоэнергию, получать горячую воду.

56

Древесная стружка служит отличным естественным и натуральным фильтрующим элементом в системе очистки сточных вод.

Арболит и цементно-стружечные материалы

Арболит – это легкий бетон на заполнителях растительного происхождения, предварительно обработанных раствором минерализатора

(табл. 17).

Таблица 17

Сравнительные технико-экономическое показатели 1 м2 наружных стен из арболита и других материалов

Он применяется в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве в виде панелей и блоков для возведения стен и перегородок, плит перекрытий и покрытий зданий, теплоизоляционных и звукоизоляционных плит (рис. 12).

Рис. 12. Стеновой блок из арболита

57

Арболитовые конструкции эксплуатируют при относительной влажности воздуха помещений не более 60 %, при большей влажности необходимо устройство пароизоляционного слоя.

Пропорции для замеса всех компонентов : цемент : наполнитель: вода с внесенными химикатами – 1 : 1 : 1,5. В табл. 18 приведены примерные значения расхода цемента, щепы и добавок в зависимости от плотности блока из расчета на 1 м3 готовой продукции.

Таблица 18 Рецептура состава и расход составляющих на 1 м3 арболита

Для изготовления блоков нужна хорошо высушенная щепа, цемент марки от М400 и выше для устройства теплоизоляции, для стеновых камней. Химические добавки составляют 2–4 % от общей массы. Применяются следующие пропорции добавок:

–хлорид кальция и сульфат алюминия в соотношении 1:1 менее 4 % от массы цемента;

–хлорид кальция и сульфат натрия в соотношении 1:1 менее 4 %;

–хлористый алюминий и сульфат алюминия в соотношении 1:1 менее 2 %;

–хлорид кальция и хлористый алюминий в соотношении 1:1 – менее 2 %.

Силикаты натрия или калия используют в аналогичных пропорциях.

Фибролит в качестве заполнителя и одновременно армирующего компонента включает древесную шерсть, которая представляет собой стружку длиной 200–500 мм шириной 4–7 мм и толщиной 0,25–0,5 мм. Древесную шерсть получают из неделовой древесины хвойных, реже лиственных пород на специальных станках. В исходном сырье исклю-

58

чается присутствие гнили, косослоя и свилеватости, а также сучков диаметром более 30 мм, расположенных на расстоянии менее 200 мм друг от друга. Фибролит (рис. 13) отличается высокой звука поглощаемостью, обусловленной сообщающимся характером пор, а также хорошими обрабатываемостью, гвоздимостью, сцеплением со штукатурным слоем и бетоном. Отрицательными свойствами фибролита являются значительная воздухопроницаемость, большое водопоглощение, низкая водостойкость, подверженность во влажном состоянии поражению грибком.

Рис. 13. Плита из фибролита

Цементно-стружечные плиты (ЦСП), изготавливаются из специальных древесных стружек и портландцемента. Эти плиты прессуют при повышенном давлении.

Древесным сырьем для производства плит служит тонкомерная древесина хвойных и лиственных пород. При плотности 1200–1400 кг/м3 они обладают высокой прочностью, атмосферостойкостью, не воспламеняются, не разрушаются термитами и дереворазрушающими грибами, хорошо склеиваются с древесиной, пластмассами и металлами, легко обрабатываются, отделываются красками. Их применяют в качестве наружной обшивки панелей жилых домов, для устройства полов, изготовления дверей, а также в качестве опалубки для бетона (рис. 14).

Рис. 14. ЦСП плиты для строительства каркасного дома

59

Опилкобетоны – это материалы на основе минеральных вяжущих и древесных опилок. К ним относятся ксилолит, ксилобетон и некоторые другие материалы, близкие по составу и технологии получения.

Опилкобетоны, содержащие кроме опилок минеральные заполнители, применяют в монолитном строительстве или для изготовления мелких стеновых блоков для наружных стен при возведении малоэтажных зданий, животноводческих и других сельскохозяйственных сооружений. При изготовлении опилкобетонных смесей цемент сначала смешивают с песком, а затем с опилками, обработанными в растворе минерализатора, и водой. Массу готовят в обычных растворосмесителях. Для получения 1 м3 опилкобетона классов В1-В2 средней плотностью 1050–1250 кг/м3 расход портландцемента марки М400 составляет примерно 130 кг, гашеной извести– 105 кг, песка– 600 кг,опилок– 200 кг.

Опилкобетоны при средней плотности 300–700 кг/м3 и прочности на сжатие 0,4–3 МПа применяют как теплоизоляционные материалы, а при средней плотности 700–1200 кг/м3 и прочности на сжатие до 10 МПа – как конструкционно-теплоизоляционные (рис. 15).

Рис. 15. Стеновые блоки из ксилолита (опилкобетона)

Ксилолитом называется искусственный строительный материал, полученный в результате твердения смеси, состоящей из магнезиального вяжущего и древесных опилок и затворенной раствором хлорида или сульфата магния. Этот материал в основном применяется для устройства монолитных или сборных покрытий пола.

Преимуществами ксилолитовых полов являются их невысокий коэффициент теплоусвоения, гигиеничность, достаточная твердость, низкая истираемость, возможность разнообразной цветовой окраски.

Ксилолит несгораем и малотеплопроводен, достаточно морозостоек и водостоек, не боится ударов и выдерживает значительные нагрузки, имеет высокий показатель на истирание.

Ксилобетоны – разновидность легкого бетона, заполнителем которого служат опилки, а вяжущим – цемент или известь и гипс.

60