Конструкционно-теплоизоляционный автоклавный газобетон на основе высококальциевой золы ТЭЦ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Гильмияров, Руслан Игоревич

• Гильмияров, Руслан Игоревич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гильмияров, Руслан Игоревич

Содержание

Введение

1 ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЗОЛОСОДЕРЖАЩИХ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ

1.1 Современное состояние и основные тенденции развития производства и применения ячеистых материалов

1.2 Использование техногенных отходов в производстве

ячеистого бетона

1.3 Разновидности зол ТЭЦ, их состав и свойства

1.3.1 Высококальциевые золы ТЭЦ

1.3.2 Статистические взаимосвязи между составом и

свойствами буроугольных зол

1.4 Технологии ячеистых бетонов на основе

высококальциевых зол

1.4.1 Автоклавный газобетон с добавлением высококальциевых

зол ТЭЦ

1.4.2 Свойства автоклавного газобетона с

добавлением высококальциевых зол ТЭЦ

Выводы к главе 1

Цели и задачи исследований

2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Характеристика сырьевых материалов

2.1.1 Высококальциевая зола ТЭЦ

2.1.2 Портландцемент 5

2.1.3 Песок

2.1.4 Известь строительная

2.1.5 Золопортландцемент

2.2 Методы исследования

2.2.1 Стандартные методы испытания

2.2.2 Оригинальные методы испытания

2.2.3 Определение гранулометрического состава высококальциевой золы

2.2.4 Рентгенофазовый анализ

2.2.5 Дифференциально-термический анализ

2.3 Подготовка и изготовление материалов

2.3.1 Изготовление золопортландцемента

2.3.2 Помол песка и извести

2.3.3 Изготовление сырьевой смеси для газобетона

2.3.4 Изготовление автоклавного газобетона

2.4 Статистическая обработка результатов

3 РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА НА ОСНОВЕ

ВЫСОКОКАЛЬЦИЕВОЙ ЗОЛЫ ТЭЦ

3.1 Особенности вспучивания газобетонного массива в золо-цементных композициях

3.2 Кинетика развития пластической прочности в золо-цементных композициях

3.3 Прочность при сжатии автоклавного газобетона

3.4 Оптимизация составов и технологических режимов изготовления золосодержащего автоклавного газобетона

3.5 Морозостойкость автоклавного газобетона

3.6 Атмосферостойкость автоклавного газобетона

3.7 Усадочные деформации автоклавного газобетона

3.8 Сорбционная влажность автоклавного газобетона

3.9 Теплопроводность автоклавного газобетона 93 ВЫВОДЫ к главе 3

4 ФОРМИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА

АВТОКЛАВНОГО ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОКАЛЬЦИЕВОЙ ЗОЛЫ ТЭЦ,

КВАРЦЕВОГО ПЕСКА, ИЗВЕСТИ И ЦЕМЕНТА

4.1 Рентгенофазовый анализ

4.2 Дефференциально-термический анализ

4.3 Влияние компонентов сырьевой смеси на

фазовый состав камня и свойства автоклавного газобетона

ВЫВОДЫ к главе 4 124 5 ОПЫТ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ И ВНЕДРЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕНОВЫХ ГАЗОБЕТОННЫХ БЛОКОВ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОКАЛЬЦИЕВОЙ ЗОЛЫ ТЭЦ,

ЦЕМЕНТА И КВАРЦЕВОГО ПЕСКА

5.1 Апробация технологии в заводских условиях

5.2 Технологическая схема производства автоклавного газобетона на основе высококальциевой золы, цемента,

кварцевого песка и извести

5.3 Экономическая эффективность производства автоклавного газобетона на основе золопортландцемента 134 ВЫВОДЫ к главе 5 136 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 137 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13 8 ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Конструкционно-теплоизоляционный автоклавный газобетон на основе высококальциевой золы ТЭЦ»

Введение

Актуальность работы. В настоящее время в производстве строительных материалов предусматривается преимущественное развитие технологий, обеспечивающих снижение стоимости, материалоемкости и трудоемкости строительства, а также повышающих теплоэффективность зданий. С этих позиций широкое развитие получили ячеистобетонные изделия, в том числе и автоклавного твердения. Вместе с тем, изготовление качественного автоклавного газобетона требует существенных энергетических и материальных затрат. Желание производителей сэкономить на сырьевых материалах и запаривании приводит к получению ячеистого бетона с повышенной усадкой, пониженной теплоэффективностью,

морозостойкостью и стойкостью во влажных условиях.

Автоклавная технология производства позволяет полностью или частично заменить постоянно возрастающие в цене традиционные вяжущие, такие как известь и портландцемент недефицитным сырьем - золами твердых топлив.

Разработанные ранее технологии газобетонов на основе высококальциевых зол ТЭЦ от сжигания Канско-Ачинских углей были направлены на максимальное их введение в сырьевые смеси. Это повлекло за собой сложные технологические решения (постоянное изменение дозировок и технологических режимов в соответствии с колебаниями свойств зол, интенсивное их измельчение или предварительное запаривание и др.). Кроме этого предложенные решения практически невозможно было применять в условиях реальных производств.

С другой стороны, многие заводы ячеистых бетонов в РФ, особенно с оборудованием, произведенным в Польше, неоднократно выработали ресурс собственного известкового производства и требуют либо серьезного технического перевооружения этого передела, либо перевода заводов на покупную товарную известь.

Поэтому потребовалась разработка технологии автоклавного газобетона на основе высококальциевых зол ТЭЦ, обеспечивающая получение материала со стабильно высокими строительно-техническими и теплофизическими свойствами с существенной экономией извести.

Работа выполнялась в рамках гранта РФФИ 10-08-98028 р_сибирь_а «Исследование закономерностей фазо- и структурообразования цементных строительных материалов с применением высококальциевых зол ТЭЦ».

Цель работы. Разработка технологии производства конструкционно-теплоизоляционного автоклавного газобетона с частичной или полной заменой извести на высококальциевые золы ТЭЦ для получения материала с улучшенными строительно-техническими свойствами.

Задачи исследования.

1. Изучить исходные свойства сырьевых материалов.

2. Разработать оптимальный состав сырьевой смеси и технологию производства автоклавного газобетона на основе высококальциевой золы ТЭЦ.

3. Исследовать строительно-технические свойства материала и оценить влияние статистики колебаний состава высококальциевых зол на его свойства. Уточнить оптимальные составы материала и технологические режимы производства.

4. Исследовать фазовый состав автоклавного ячеистого материала на основе извести, цемента, высококальциевой золы ТЭЦ и кварцевого шлама, а также оценить их влияние на технологию и свойства газобетона.

5. Провести заводское опробование оптимальных составов и на основе полученных результатов оценить возможность внедрения в технологический процесс изготовления автоклавного газобетон на основе золо-цементных композиций.

Научная новизна. Разработана технология конструкционно-теплоизоляционного автоклавного газобетона на основе высококальциевых зол ТЭЦ при совместном их домоле с портландцементом с энергией 75% от энергии помола клинкера на цемент, позволяющая получить материал с

более высокими характеристиками при экономии от 90 % до 100 % извести и до 20 % портладцемента. Так же установлено, что:

- оптимальный состав разработанной сырьевой смеси для автоклавного газобетона в абсолютных процентах включает: от 14,8 % до 20,5 % портландцемента, от 0 % до 2 % извести, 59 % молотого кварцевого песка и от 18,5 % до 24,9 % высококальциевой золы;

- предложено стабилизировать характеристики газобетона, получаемого из зол с пониженной основностью и содержанием свободной извести в них менее 3,5 % добавкой товарной извести в количестве 2% абсолютных или 10 % относительных;

- повышенные характеристики полученного газобетона обусловлены синтезом главным образом А1-замещенного тоберморита, ксонотлита, катоита, гелеобразной фазой С-8-Н при отсутствии портландита, который значительно снижает характеристики материала классического состава.

Практическое значение. Разработанная рецептура сырьевой смеси и технология производства конструкционно-теплоизоляционного газобетона позволили получать газобетонные блоки плотностью 700 кг/м с высокими и стабильными строительно-техническими свойствами, превышающими свойства заводских изделий.

Разработанная технология позволила отказаться от собственного производства извести на заводах ячеистого бетона, а участок помола извести использовать для домола золы и цемента с получением золопортландцемента.

Реализация работы. Выпуск опытной партии на ЗАО «Завод ячеистых бетонов» (г. Барнаул) подтвердил эффективность изготовления газобетонных изделий, соответствующих требованиям ГОСТ 31359 - 2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия» из предложенных золо-цементных композиций по разработанной технологии.

Удельный экономический эффект от внедрения разработанной технологии в производстве 1 м3 конструкционно-теплоизоляционного газобетона плотностью Б 700 составляет от 199 до 302 рублей в зависимости от состава сырьевой смеси.

На защиту выносится;

- выбор оптимальных составов сырьевой смеси и технологических режимов для производства золосодержащего автоклавного газобетона;

- результаты сравнительных исследований строительно-технических и теплофизических свойств разработанного и классического газобетонов;

- закономерности формирования фазового состава в золо-цементно-кварцево-известковых композициях;

- результаты опытно-промышленной апробации технологии автоклавного золо-цементного газобетона.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на всероссийской конференции «Современные проблемы производства и использования композиционных строительных материалов», г. Новосибирск, 2009 г.; на всероссийской научно-практической конференции «Строительное материаловедение сегодня: актуальные проблемы и перспективы развития», г. Челябинск, 2010 г.; на XV Академических чтениях РААСН международной научно-технической конференции «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии», г. Казань, 2010 г; Всероссийской научно-практической конференции «Техника и технология теплоизоляционных материалов из минерального сырья», г. Бийск, 2010 г.; на всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития строительного материаловедения: энерго- и ресурсосбережение в строительстве», г. Челябинск, 2011 г.; а также на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава АлтГТУ, г. Барнаул 2008 - 2011 гг.

Публикации. Результаты исследований изложены в 10 научных публикациях, в том числе в двух статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, содержит 155 страниц машинописного текста, 15 таблиц, 57 рисунков, список литературы из 112 источников и 1 приложение.

1 ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЗОЛОСОДЕРЖАЩИХ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ

1.1 Современное состояние и основные тенденции развития производства и применения ячеистых бетонов

В настоящее время ячеистые бетоны занимают значительное место в мировой строительной практике и находят широкое применение в качестве изделий различного назначения. Современное производство изделий из всех видов ячеистых бетонов оценивается [1, 2] около 45-50 млн. м в год, в том числе в России - свыше 3,0; Польше - 4,0; Германии - 3,5; Японии - 3,5; Великобритании - 2,8; Швеции - 1,5. При этом наиболее широкое применение в производственной практике получила автоклавная технология, отличительной особенностью которой, согласно представлениям Боженова П.И. [3], является синтез цементирующих образований из исходных компонентов, а не твердение готового вяжущего, что обеспечивает возможность использования более широкой сырьевой базы.

Основной объем выпуска изделий из автоклавных ячеистых бетонов приходится на заводы, работающие по лицензиям фирм «Хебель», «Итонг», «Верхан», «Грайзель» (Германия), «Сипорекс» (Швеция), «Калсил оке-Дю-рокс» (Нидерланды), «Селкон» (Великобритания) и других. Кроме того, в целом ряде стран, например России, Белоруссии, КНР, Польше, Японии и др. разработаны и внедрены собственные технологии производства, которые отличаются способом формования, видом применяемых сырьевых материалов.

Высокая эффективность применения изделий из автоклавных ячеистых бетонов обусловлена относительно высокими прочностными и эксплуатационными их свойствами при низкой плотности, позволяющих значительно снизить массу конструкций при обеспечении требуемых несущих и эксплуатационных показателей, что в свою очередь создает предпосылки для эффективного решения задач ресурсо- и энергосбережения в строительстве при

возведении зданий и сооружений [4-8]. Так, сегодня, в зависимости от основных свойств, ячеистые бетоны находят широкое применение по следующим основным направлениям: для возведения несущих, самонесущих наружных и внутренних стен жилых, гражданских и промышленных зданий и сооружений в виде мелких блоков, перемычек, армированных стеновых панелей; для кровель и перекрытий зданий различного назначения в виде кровельных плит и плит перекрытий; в виде перегородочных плит; в виде теплоизоляционных плит.

Значительному повышению эффективности производства изделий из ячеистых бетонов на современном этапе способствует широкое применение резательной технологии [9], основным преимуществом которой является возможность реализации самого широкого ассортимента изделий на одном предприятии в обычно применяемых формах без коренной перестройки оборудования, что позволяет предприятиям оперативно реагировать на изменение конъюнктуры и спроса в строительстве и быстрее, чем при производстве изделий из других материалов, переходить на выпуск новой продукции. При этом уровень достижения некоторых предприятий таков, что обеспечивает выпуск почти полной номенклатуры изделий для строительства зданий, особенно малоэтажных, обеспечивая их высокие технико-экономические характеристики [10]. Кроме того, некоторые предприятия осуществляют выпуск изделий специального назначения. Так, например, номенклатура изделий фирмы «Итонг», «Хебель» включает такие изделия, как фундаментные блоки, лестничные марши, лотки для трубопроводов и железобетонных перемычек, архитектурные изделия.

Однако анализ современного состояния отечественного и зарубежного строительства показывает [11-18], что основным направлением применения всех видов ячеистых бетонов является производство на их основе стеновых изделий для возведения однослойных наружных стеновых конструкций с требуемыми теплотехническими характеристиками.

В связи с повышением отечественных требований к теплозащите зданий и сооружений, как одного из этапов решения задач ресурсо- и энергосбережения в строительстве [19], эффективное обеспечение современных теплотехнических требований в однослойных стеновых конструкциях для центральных регионов России может быть осуществлено только при использовании стеновых материалов с расчетным коэффициентом теплопроводности не более 0,18 Вт/(м-°С) и толщине стеновой конструкции при этом 600 мм [20-22].

Применение ячеистых бетонов в виде мелких стеновых блоков наиболее полно соответствует современным тенденциям развития Российского жилищно-гражданского строительства, которые характеризуются с одной стороны увеличением объемов индивидуального строительства, с другой широким внедрением каркасных строительных систем при возведении многоэтажных зданий и сооружений, а также стремлением к их архитектурному разнообразию. При этом согласно отечественным требования, в частности ГОСТ 21520-89 и ГОСТ 31359-2007, ячеистые бетоны для изготовления мелких стеновых блоков используемых при возведении наружных стеновых конструкций должны иметь класс по прочности на сжатие не менее В 1,5 (М25) и морозостойкость не менее Р25.

Результаты сравнительных исследований показывают [23-27], что однослойные стеновые конструкции из таких стеновых блоков, в отличие от многослойных из традиционных материалов с эффективными утеплителями на основе минераловатных, пенополистирольных, пенополиуретановых и других изделий, которые получили широкое применение в отечественной строительной практике [28-33], характеризуется в 1,3 - 1,6 раза меньшими трудозатратами на их возведение, в результате создания более простых конструктивных решений, ив 1,5-5 раза меньшей массой, позволяя тем самым уменьшить нагрузку на несущие элементы и фундаменты здания и, следовательно, затраты на их устройство, повышая технико-экономические показатели строительства в целом. При этом однослойные стеновые конструкции

обладают более высокой теплотехнической однородностью и относительно высокой определенностью в их надежности и долговечности.

Высокая точность геометрических размеров стеновых блоков, производимых с применением резательной технологии, позволяет дополнительно повысить эффективность их применения в строительстве, в результате повышения точности монтажа изделий, возможности ведения его на клею, что обеспечивает дополнительное снижение трудозатрат при возведении зданий и сооружений, а также дополнительное повышение теплотехнической однородности и термического сопротивления конструкции на 20 - 30 % в сравнении с кладкой на растворе с устройством шва толщиной 10-20 мм [33].

Таким образом, из анализа современного состояния отечественного строительства установлено, что ячеистые бетоны плотностью 700 - 600 кг/м при обеспечении требуемых прочностных и эксплуатационных показателей, в виде мелких стеновых блоков, изготовленных с применением резательной технологии, являются на современном этапе одними из наиболее эффективных материалов для возведения стеновых конструкций.

С целью определения основных направлений для решения поставленных задач целесообразным представлялось проведение аналитического обзора технологий производства ячеистых бетонов и сырьевых материалов, используемых при их производстве.

Согласно мнению Баранова А.Т., Горлова Ю.П., Меркина А.П. и других исследователей [34,35] свойства ячеистых бетонов определяются величиной их пористости, соотношением микро- и макропористости, свойствами межпорового материала, образующего своеобразный несущий каркас, которые в свою очередь определяются принятой технологией производства, видом сырьевых материалов, условиями их подготовки. Указывается, что отличительной особенностью ячеистых бетонов является высокая пористость при низком содержании твердой фазы в объеме материала, что предъявляет особые требования к формированию структуры материала с целью обеспечения при этом относительно высокой прочности и долговечности.

Изучение параметров разрушения высокопоризованных материалов выполненное под руководством Соломатова В.И. показало, что с увеличением пористости материалов разрушение ячеистых бетонов происходит обычно из-за высоких растягивающих напряжений в межпоровых перегородках. При этом, если формирование равномерной макропористой структуры при увеличении водотвердого отношения в основном способствует более равномерному перераспределению усилий, то увеличение микропористости при этом является ослабляющим фактором структуры самого межпорового материала. В связи с этим Саталкиным A.B. и Комоховым П.Г. указывается [36], что наибольшая прочность автоклавного цементного камня может быть достигнута при применении сырьевой смеси из компонентов, обеспечивающих его наибольшую плотность.

Так, результаты исследований Федина A.A. показывают [37], что при увеличении пористости межпорового материала с 40 до 60 % снижение прочности составляет более чем в 2 раза. Аналогичные результаты получены Дьяченко Е.И., Неупокоевым Ю.А., Заложник C.B. [38] при исследовании влияния микро- и макропористости на сопротивление разрушению высокопоризованных неорганических композитов на примере ячеистых бетонов, а также некоторыми зарубежными исследователями [39] при рассмотрении различных факторов.

Высокая капиллярная пористость ячеистых бетонов, согласно мнению Бахтиярова К.И., Уховой Т.А., Баранова А.Т. [40-42], обусловлена необходимостью применения растворных смесей с повышенным водотвердым отношением с целью обеспечения их оптимальных реологических характеристик для формирования равномерной макропористой структуры материала.

Чернышов Е.М. и Дьяченко Е.И. [44] межпоровый материал рассматривают с позиции композиционных материалов, в частности как микробетон. В связи с этим ими отмечается, что одним из условий реализации высоких прочностных свойств межпорового материала является обеспечение условий ее квазиооднородности, которая достигается за счет укладки по ее

толщине определенного количества частиц, в частности не менее 3-5, размеры которых будут определяться толщиной перегородки.

Прочностные свойства межпорового материала в значительной степени определяются структурой и составом цементирующих образований, которые определяются соотношением Ca0/Si02 исходной смеси, параметрами и продолжительностью автоклавной обработки, скоростью растворения исходных компонентов. При этом, как указывает Зейфман М.И. [44], лимитирующей стадией процессов зародышеобразования и роста кристаллов новой фазы является растворимость кремнеземистого компонента. В связи с этим помол исходных компонентов, в частности песка, является мощным технологическим фактором, обеспечивающим повышение растворимости компонентов при гидротермальной обработке.

На основании обобщения известных исследований [36, 46] в области автоклавных материалов установлено, что с позиции обеспечения максимальной прочности автоклавного цементного камня общепризнанным является мнение о том, что для этого необходимо стремится к образованию в структуре материала низкоосновных гидросиликатов кальция типа 1,1 нм то-берморита и CSH(I), которые обладают наибольшими прочностными свойствами.

Общепринятого мнения о количественном и качественном соотношении данных минералов в структуре цементного камня не установлено и носит преимущественно рекомендательный характер. Так, в частности, Волжен-ский A.B. указывает [36], что наибольшая прочность материала соответствует максимуму удельной поверхности новообразований, в то время как Зейфман М.И., Кржеминский С.А., Саталкин A.B., предполагают, что наибольшей прочностью будет обладать материал, структура цементного камня которого представлена оптимальным соотношение кристаллической и аморфной фазы, заполняющей пустоты между кристаллическими сростками.

Федин A.A., на основании обобщения результатов исследований составов автоклавных ячеистых бетонов, а также индивидуальных минералов в

своих работах [37] показывает, что увеличение содержания в структуре материала 1,1 нм тоберморитовых минералов приводит к повышению прочностных и эксплуатационных показателей автоклавных ячеистых бетонов. При этом отмечает, что снижение негативного влияния от увеличения капиллярной пористости может быть обеспечено увеличением концентрации цементирующих образований и повышением в результате этого омоноличенности материала, состав и структура которых определяет основные прочностные и эксплуатационные характеристики.

Таким образом, прочность автоклавного цементного камня в значительной степени определяется количеством и составом цементирующей связки, при получении которой следует стремиться к образованию в ее структуре преимущественно низкоосновных гидросиликатов типа 1,1-нм тоберморита и С8Н(1) оптимального соотношения и структуры, что, очевидно, как указывается Барановым А.Т. [46], является относительно сложной задачей и в значительной степени определяется свойствами и видом используемого сырья, параметрами его подготовки. При этом, как указывает Боженов П.И. [12], технологию автоклавных материалов следует относить к химической технологии твердых тел, для которой характерны повышенные требования к качеству исходного сырья и ведению технологического процесса.

1.2 Использование техногенных отходов в производстве ячеистого бетона

Из анализа известных исследований установлено, что отходы и вторичные продукты промышленности могут быть использованы не только в качестве легирующих добавок, но и взамен части сырьевых материалов. Таких как портландцемент и известь, которые участвуют в синтезе цементирующих образований, что способствует не только повышению

экономической эффективности производства, но и решению отдельных экологических задач.

Значительные предпосылки для применения промышленных отходов и побочных продуктов, в качестве основных материалов, для получения ячеистых бетонов, были созданы результатом исследований процессов, происходящих при гидротермальных условиях, которые в разное время проводились Саталкиным A.B., Комоховым П.Г., Боженовым П.И., Буттом Ю.М., Волженским A.B. и другими исследователями [47, 48]. Результатами этих исследований была определена возможность применения большинства отходов металлургической и энергетической промышленности, которые представлены в виде металлургических шлаков, шламов, топливных зол и шлаков. Также было установлено, что в зависимости от химического и минералогического состава, отходы промышленности могут использоваться не только в качестве вяжущего, но и в качестве кремнеземистого компонента, что позволяет при благоприятном химическом составе значительно снизить расход более дорогих компонентов (извести, портландцемента).

Гладких К.В. на основании собственных и обобщения результатов исследований других авторов [49] показывает, что на основе шлаков и зол могут быть получены автоклавные ячеистые бетоны, имеющие свойства не ниже, чем у материалов, полученных на основе извести, портландцемента и силикатных песков. При этом введение в состав ячеистобетонной смеси извести и портландцемента осуществляется с целью активирования сырьевой смеси и целенаправленного синтеза новообразований.

Боженов П.И. и Кавалерова В.И. на основании результатов собственных исследований и обобщения результатов исследований выполненных Ре-бидендером П.А., Буттом Ю.М., Крашенинниковым А.Н., Кесли Э.О. и ряда других исследователей установили [50] высокую эффективность применения при производстве автоклавных ячеистых бетонов в качестве основного вяжущего нефелинового цемента на основе нефелиновых шламов - отходов

глиноземного производства, позволяющего полностью исключить использование портландцемента и извести.

Значительное внимание применению техногенного сырья при производстве автоклавных ячеистых бетонов уделяется в странах западной и восточной Европы [51, 52].

Значительный опыт производства изделий из автоклавных ячеистых бетонов с применением золы-уноса имеется в Польше, Чехословакии, Германии, Венгрии, Эстонии. Так, в Польше с применением золы-уноса ТЭС производится около 45 % от всего объема выпускаемых изделий из ячеистого бетона плотностью 300 - 750 кг/м3 и прочностью на сжатие 1,5-9 МПа. В Германии с добавками золы-уноса производятся стеновые блоки плотностью 400 - 600 кг/м3 и прочностью на сжатие не менее 2,5 МПа. В Финляндии значительное внимание уделяется использованию металлургических шлаков, на основе которых производятся конструкционно-теплоизоляционные автоклавные ячеистые бетоны плотностью 400 - 500 кг/м .

Проведенный выше анализ показывает, что применение промышленных отходов в качестве добавок или основных сырьевых материалов способствует не только расширению сырьевой базы для производства автоклавных ячеистых бетонов, но и повышению в определенных условиях качества готовой продукции, что позволяет предполагать возможность получения на их основе конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов плотностью ниже 700 кг/м3.

Однако, несмотря на то, что большинство крупнотоннажных отходов промышленности представляют собой ценное сырье для производства автоклавных материалов, доля продукции в России с их использованием остается незначительной и составляет по различным оценкам [56, 57] в среднем 15 %, при среднем содержании их в составе 2 - 8 % от массы сухих компонентов.

В качестве основной причины недостаточного использования техногенного сырья указывается нестабильность их химического и минерально-фазового состава, неоднородность по гранулометрическому составу, что в

свою очередь требует постоянной производственной корректировки состава ячеистых бетонов, что также приводит к издержкам в производстве по качеству получаемой продукции. В связи с этим Соломатов В.И. и Батрак А.И. [52, 53] с целью эффективного решения задач утилизации промышленных отходов отмечают необходимость их предварительной переработки для усреднения свойств. Так, например за рубежом, на большинстве предприятий в производственном цикле предусмотрены технологические мероприятия по предварительному усреднению свойств применяемых техногенных материалов. [44]

С другой стороны, образование наиболее изученных отходов и вторичных продуктов промышленности часто приурочено к крупным промышленным комплексам или отдельным регионам, и если до недавнего времени транспортировка промышленных отходов была экономически целесообразной [156] на значительные расстояния при сохранении высокой эффективности их применения, то в современных условиях повышения транспортных тарифов экономическая целесообразность таких перевозок значительно снизилась. При этом отмечается [55, 58], что некоторые виды промышленных отходов наиболее целесообразным является использовать при производстве других видов строительных материалов. Так, например, показано [59], что в настоящее время более 80 % гранулированных шлаков используется для получения шлакопортландцементов и пористых заполнителей.

В связи с этим при рассмотрении задач повышения технико-экономической эффективности производства автоклавных ячеистых бетонов за счет снижения расхода более дорогих компонентов в настоящее время значительное внимание уделяется использованию в первую очередь малотоннажных отходов местной промышленности, характеризующиеся меньшими объемами образования [60].

При анализе различных промышленных отходов Арбузова Т.Б., Шабанов В.А., Коренькова С.Ф. и Чумаченко Н.Г. [61] отмечают, что одними из наиболее распространенных во многих регионах являются шламовые отходы

местной промышленности, образующиеся в результате различных химических процессов. В результате комплексных исследований, выполненных Арбузовой Т.Б., Кореньковой С.Ф., Чумаченко Н.Г. и др. [61-64] установлено, что в зависимости от химического состава и агрегатного состояния шламы могут являться эффективными сырьевыми компонентами или добавками для производства различных строительных материалов. Так, в частности, показана высокая эффективность использования большинства неорганических шламов Самарского региона с высоким содержанием соединений кальция и алюминия в производстве минеральных вяжущих в качестве сырья для порт-ландцементов и глиноземистых цементов, минеральных наполнителей взамен природных для смешанных вяжущих. Аналогичные результаты получены Медяник Ю.В. [65] при исследовании возможности использования шламов водоумягчения ТЭЦ при получении смешанных вяжущих. Однако существенным недостатком данного пути утилизации шламовых отходов является необходимость предварительной сушки материалов, что при высокой их первоначальной влажности, которая достигает 20 - 70 % по массе, требует значительных энергозатрат.

Более эффективное направление использования шламов может быть реализовано при получении строительных материалов и изделий, в производстве которых используется значительное количество воды затворения, в частности автоклавных материалов, где оно может быть рассмотрено в качестве добавки или при благоприятном химическом составе в качестве одного из основных сырьевых компонентов. При этом отмечается [66], что присутствие различных неорганических соединений в них даже в незначительных количествах, в частности солей некоторых тяжелых металлов, может оказывать положительное влияние на структуру автоклавного цементного камня.

Так исследованиями Багрова Б.О., Васильевой Т.Д., Садовской П.А. и другими [67] показана возможность использования шламовых отходов различного происхождения с высоким содержанием соединений тяжелых металлов в качестве добавки с содержанием в составе ячеистобетонной смеси в

количестве до 5 % по массе. Показано их ингибирующее действие и то, что соединения тяжелых металлов при автоклавной обработке входят в состав автоклавного цементного камня и не выделяются в окружающую среду.

1.3 Разновидности зол ТЭЦ, их состав и свойства

При сжигании твердых видов топлива в топках тепловых электростанций образуются зола в виде пылевидных остатков и кусковой шлак. Они являются продуктами высокотемпературной обработки (1200 -1700 °С) минеральной части топлива [68 - 70].

Для строения промышленных пластов углей и горючих сланцев характерно то, что они часто переслаиваются с породами различного вещественного состава (известняками, глинами, кварцем и т.п.), что приводит к колебанию состава неорганической части, а при термической обработке топлива - к изменению вещественного состава твердого остатка [71].

Минералогический состав неорганической части представлен обычно кварцем, глинистыми минералами, слюдами, полевыми шпатами, оксидами и гидроксидами железа, карбонатами кальция и магния, гипсом, сульфидами, фосфатом кальция и др. [3, 47, 49, 72, 71, 72]. В процессе термического

^ и _

воздействия указанные минералы изменяются, взаимодействуют друг с другом и образуют различные соединения, которые в зависимости от температуры и состава сырьевых материалов обуславливают образование шлаков и зол переменного химического и минералогического состава. При этом химические процессы до конца протекают в расплаве и достаточно полно - в котельных шлаках, вследствие чего шлаки и расплавы практически не содержат несгоревшее топливо и характеризуются большей однородностью, чем золы [70].

Наиболее интересны для промышленности цементов и бетонов, твердеющих при тепловлажностной обработке шлаки доменной плавки чугуна, основные сталеплавильные шлаки, топливные шлаки и золы [47].

Золы и шлаки по данным [3] можно разделить на две категории:

1) Косн > 1 - материал основной, обладает вяжущими свойствами, которые увеличиваются с повышением значения Косн;

2) Косн < 1 - материал кислый, не обладает вяжущими свойствами.

Многообразие шлаков и зол различных видов твердых топлив осложняет

их применение в производстве строительных материалов.

Классификация шлаков и зол в зависимости от их минерального состава была разработана H.JI. Тороповым и О.М. Астреевой. Однако эта классификация касается в основном доменных шлаков и в ней не учтена роль стеклофазы.

И.А. Ивановым и др. учеными разработана классификация по минералогическому составу зол с учетом состава и количества стекловидной фазы, но не отражает существа процессов при использовании зол, содержащих трудногосящийся оксид кальция.

Наиболее полная классификация зол, полученных при сжигании углей различных месторождений, дана П.И. Боженовым [3], A.B. Волженским и другими учеными [47]. В последней за основу принят принцип генезиса различных видов шлаков и зол, который позволяет выделить три группы, отличающихся физическим состоянием: стекловидные, кристаллические и образующиеся взаимодействием твердых фаз с расплавом [47].

В качестве недостатков в этой классификации можно отметить то, что к одному и тому же виду относят шлаки и золы с большим диапазоном химического состава. Кроме того, не выделены гипсовые золы, содержащие до 30 % ангидрита, что влияет на их гидравлическую активность. Такие золы получают при сжигании некоторых углей и сланцев [3].

В зависимости от химического состава выделены три группы сланцевых зол: известковые, гипсовые и кислые. Однако здесь не учитывается то, что

известковые золы различных топлив могут быть как сульфатными, так и низкосульфатными и в зависимости от этого изменяется характер их гидравлической активности.

Галибина Е.А. предлагает классификацию пылевидных зол и шлаков по коэффициенту основности. Этот показатель определяет необходимость щелочной активации и отображает направление конструктивных процессов твердения, наряду с составом стеклофазы. При этом за классификационный признак принимается соотношение А1203 / БОз, которое показывает возможность образования в процессе твердения зол и шлаков при определенных условиях гидроалюминатов и гидросульфоалюминатов кальция.

По величине коэффициента основности выделены четыре группы: высоко-, средне -, низкокальциевые и алюмосиликатные шлаки и золы. Кроме того, в каждой группе выделены две подгруппы с различным соотношением А1203 / ЭОз - высоко - и низкосульфатные.

В этой классификации особо выделяются высококальциевые сульфатные золы с коэффициентом основности Косн = 1,0 - 2,4, содержащие самостоятельно твердеющие фазы (до 80 %) и не требуют введения дополнительного количества активизаторов при использовании их как вяжущего (А1203 / Б03 = 1,1 - 2,2). При использовании высококальциевых низкосульфатных зол (А1203 / БОз = 2,5 - 7,7) требуется, как правило, сульфатная активация.

Выделение группы среднекальциевых зол (Косн = 0,4 - 1,0) было вызвано необходимостью при использовании их как вяжущего щелочной активации для повышения физико-механических показателей. Для среднекальциевых низкосульфатных показателей обязательна сульфатная активация.

Щелочная активация особенно эффективна для всех зол имеющих Косн < 1,0, применение которых возможно в качестве гидравлической добавки к цементу при условии обязательного тонкого измельчения.

Среди получаемых в промышленных условиях пылевидных зол обширную группу представляют золы, коэффициент основности которых имеет отрицательное значение. В этом случае эффективна щелочно-сульфатная активация, особенно в условиях повышенных температур [71, 72].

Г.И. Книгиной и М.В. Балахниным предложена методика оценки гидравлической оценки золы [3].

1.3.1 Высококальциевые золы ТЭЦ

Высококальциевые золы образуются при сжигании бурых углей Канско-Ачинского бассейна, торфа и прибалтийских сланцев.

Зола прибалтийских сланцев. Неорганическая часть состоит в основном из карбоната кальция (от 50 % до 70 %), глинистого вещества и мелких кварцевых зерен (от 25 % до 30 %); в небольшом количестве содержится доломит, полевые шпаты, слюды и пирит [107].

Валовый химический состав зол сланца-кукерсита колеблется в широких пределах и представлен в работах [3, 71, 72]. По содержанию СаО наиболее высокоосновные золы приближаются к составу портландцемента, а низкоосновные (около 30 % СаО) - к более известковым торфяным золам. Отдельные составы зол соответствуют химическому составу основных доменных шлаков.

В работе [73, 74] показано, что неоднородность состава попутных продуктов энергетической промышленности явление не частое, а в какой-то степени общее и обусловлено присутствием в составе твердого топлива различных количеств и составов пустой породы.

- Как было отмечено ранее в состав прибалтийских сланцев входит известняк, его измельчение связано с большими трудностями. Так в частицах более крупных размеров возрастает содержание карбонатной составляющей и уменьшается количество алевритоглинистой части. Это предопределяет

зависимость химического состава зол сланца-кукерсита от размера частиц, увеличивает колебания их вещественного состава. В этих условиях термическую обработку необходимо осуществлять налету, в объеме каждого зерна, эквимолекулярный состав которых и определяет состав новообразований. В зависимости от способа подготовки и термической обработке сланца-кукерсита создается возможность получения сланцевых зол с частицами от индивидуального состава до сложнейших конгломератов, вплоть до появления расплава.

Зависимость вещественного состава пылевидных сланцевых зол от размера частиц была установлена и изучена В.Х. Кикасом, Э.Ю. Пиксарвом др. учеными [75]. Галибиной Е.А. были изучены взаимосвязи между химико-минералогическим составом, величиной удельной поверхности (определенной на ПСХ - 4), размером зерен и величиной коэффициента основности сланцевых зол. При изучении минералогического состава особое внимание обращалось на количественное соотношение компонентов, степень кристаллизации новообразований, последовательность их выкристаллизации, установление причин «пережога» известковых частиц с целью выяснения оптимальных составов. В соответствии с минералогическим составом принято считать, что в нормальных условиях твердение золы происходит в первую очередь за счет цементных минералов, извести и образования гидросульфоалюминатов кальция. При этом общее содержание гидросиликатов кальция может достигать 50 %. Её основной недостаток при естественном твердении - непостоянство свойств и неравномерность изменения объема при твердении в результате запоздалого гашения извести.

Довольно часто сланцевая зола представляет собой достаточно тонкий порошок, который, к сожалению, не рекомендуется применять без предварительного помола, с помощью которого повышается ее качество, и регулируются свойства.

В работах [71, 76] показана целесообразность использовать пылевидные сланцевые золы для производства автоклавных изделий (газобетона,

тяжелого мелкозернистого бетона) как содержащих в своем составе свободный оксид кальция, ангидрит, C2S, от 35 % до 40 % стекловидной фазы, близкой по составу к основным доменным шлакам, способной самоактивироваться под воздействием известково-гипсовых и щелочных растворов, образующихся при затворении золы водой.

Золы Канско-Ачинских бурых углей образуются при сжигании бурых углей Канско-Ачинского бассейна, расположенного между городами Каннском и Ачинском. Угли по своему составу исходного материала в основном гумусовые, реже сапропелево-гумусовые. По степени углефикации они являются бурыми. Зола углей большинства месторождений характеризуется повышенным содержанием общего оксида кальция, достигающего от 20 % до 60 %. Эти золы, по мнению авторов [70] являются тугоплавкими с температурой плавления от 1150 °С до 1470 °С, но по данным [71] они являются наиболее легкоплавкими (от 1200 °С до 1350 °С).

Основными потребителями углей КАТЭКа в настоящее время являются тепловые электростанции, находящиеся вблизи бассейна и в ближайших промышленных центрах Новосибирской и Иркутской областях, Красноярского и Алтайского краях, а также частично и на Урале. Наибольшее распространение нашли угли Ирша-Бородинского, Назаровского и Берёзовкого разрезов.

Угли КАТЭКа сжигают по принципу жидкого шлакоудаления с высокой температурой факела от 1600 °С до 1800 °С [68]. Жидкое шлакоудаление обеспечивается подогревом воздуха до температуры около 700 °С или снижением температуры плавления минеральной части топлива при добавке к ней флюса. В настоящее время станции прекратили сжигать уголь только одного разреза и стали использовать смеси углей трех разрезов, которые постоянно меняются и приводят к изменению основности и свойств зол в широком диапазоне. Поэтому, автором [68] было предложено классифицировать золы по их основности независимо от того, образовались

ли они от сжигания угля какого-то одного конкретного месторождения или смеси угля и при этом выделены три базовых состава:

С1 - золы по основности соответствующие среднестатистическому составу зол ирша-бородинских углей (смесь С1: 40 % - 65 % ирша-бородинского, 40 % - 60 % назаровского и 0 % - 5 % берёзовского углей).

С2 - золы, по основности близкие к среднестатистическому составу зол назаровских углей (смесь С2: назаровского 40 % - 65 %, ирша-бородинского 20 % - 45 % и берёзовского 5 % - 15 %).

СЗ - золы, образующиеся от сжигания смеси углей всех разрезов в эквивалентных соотношениях с содержанием берёзовского угля до 35 % (смесь СЗ: 1:1:1 - до 35 % каждого). Автором приводятся химические составы и свойства зол характерных для вышеописанных смесей (С1, С2, СЗ).

Многочисленными литературными источниками [76-80] определены границы колебаний химического состава зол Канско-Ачинского угля (КАУ), сжигаемого по принципу жидкого шлакоудаления.

В работах [49, 68, 69, 70, 81, 76, 82] показано, что золы углей КАТЭКа являются довольно нестабильным сырьем. Содержание основных оксидов (БЮг, А1203, Ре203, СаО) в них колеблется в широком диапазоне, но вместе с тем эти золы относятся к средне - и высококальциевому минеральному сырью.

По среднестатистическим данным характеристик состава зол, полученных на ТЭЦ при сжигании бурых углей в котлоагрегатах с жидким шлакоудалением, можно определить, что золы углей КАТЭКа в порядке возрастания основности и свободного оксида кальция распределяются следующим образом: ирша-бородинские, назаровские и березовские. При этом конкретный состав золы того или иного разреза зависит не только от типа котлоагрегата, но и от зольности угля. Кроме того, необходимо учитывать то, что нет четких границ химического состава между золами углей различных разрезов.

Дополнительно к рассмотренной выше классификации золы можно также классифицировать по коэффициенту качества (Кк). Игнатова O.A. в работе [83] показывает, что Кк имеет наивысший коэффициент корреляции с прочностью материала. По величине коэффициента качества определены три группы: высоко -, средне -, низкокальциевые золы.

В работах СибНИИЭП (Безверхий A.A., Игнатова O.A.) [83. 84], НГАСУ (Балахнин М.В., Проталинский А.Н.) [85] и УГТУ (Доманская И.К., Капустин Ф.Л.) [86, 87] дана классификация зол по содержанию в них общего и свободного оксида кальция, коэффициента качества. Так для ускоренной оценки активности золы этими авторами предложен метод определения ее вяжущих свойств через Кк по градуировочным графикам или расчётным формулам в зависимости от интенсивности аналитических линий кристаллических форм свободного СаО, кварца и ангидрита, полученных рентгенофазовым анализом. Так же по предлагаемым графикам можно определить содержание свободных СаО и S03.

Савинкина М.А. и Логвиненко А.Т. [70] предлагают разделить золы на четыре класса в зависимости от содержания в них оксида кальция:

Класс 1 - низкокальциевые золы, СаО общий от 0 до 20 %, СаО свободный отсутствует (золы каменных углей);

Класс 2 - среднекальциевые золы, СаО общий от 20 доЗО %, СаО свободный до 3 % (к этому классу они относят ирша-бородинские золы, а также золы абанских бурых углей КАБ и тюменского торфа);

Класс 3 - высококальциевые золы, СаО общий от 30 до 45 %, СаО свободный до 9 % (зола назаровского угля, урюпского, итатского бурых углей КАБ, эстонских сланцев);

Класс 4 - ультровысококальциевые золы СаО общий > 45 %, СаО свободный > 10 % (зола берёзовского угля, барандатского бурых углей КАБ).

Назиров P.A. [88] характеризует гидравлическую активность зол через модуль активности, используя количественный РФА. Модуль определяется

отношением концентрации активных и инертных фаз, которое может быть рассчитано через интенсивности аналитических пиков.

Фазовый состав зол определяет их свойства. В литературе отмечаются крайне противоречивые данные по фазовому составу: от описания зол только как материала содержащего стеклофазу и свободный оксид кальция [89], до перечисления более десятков минералов (в основном по результатам рентгенофазового анализа).

Зола бурого угля имеет сложный полиминеральный состав, и содержание гидравлически активных клинкерных минералов в высококальциевых золах колеблется от 2 -3 % до 20-25 %. Так в золе от угля Назаровского разреза (3-С28 содержится до 10 %, СА - до 2 %, С2Р - до 20 %, МёО - до 3 %, СаБОд -до 10 %. Однако колебания в содержании могут быть значительными, поскольку на процессы минералообразования в золах влияют многие факторы. Так при сжигании бурых углей КАТЭКа температура горения в ядре факела достигает 1600 °С и в таких условиях может дополнительно образовываться СзБ, а при благоприятном составе минеральной части возникают С3А, СА, С4АР, С2Р.

Особую роль в фазовом составе буроугольных зол играет свободный оксид кальция. Он образуется в результате термического разложения первичных кальцийсодержащих минералов и соединений. В пылегазовом потоке оксид кальция частично вступает во взаимодействие с оксидами и газами, давая вторичные кальцийсодержащие соединения. Часть оксида кальция остается в свободном состоянии, но образуется малоактивная высокотемпературная его форма. Кроме того, поверхность частиц свободной извести зачастую покрыта алюмосиликатной оплавленной оболочкой, что делает ее труднодоступной для контакта с водой.

Стекловидная фаза, содержание которой в высококальциевых золах колеблется в пределах от 15 % до 60 %, состоит в основном из стекла, алюмоферритов и ферритов кальция. Состав стекла не постоянен, о чем свидетельствует разнообразная окраска стекла [70].

Зависимость фазового состава зол от их основности по коэффициентам качества (Кк) или основности (Косн) представлены на рисунке 1.1.

70 50 30 10

&

и

е-

<Е

25 20 15 10 5

2

<Е

си

и <£

и

10 5

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Ккаи О',6 О',9 ЬЗ 1,6 Косн

Рисунок 1.1- Зависимость фазового состава зол от их основности Примечание: 1 - (3-С28; 2 - СА, С12А7; 3 - алюмо-ферритно стекловидная фаза (АФСФ)

Из рисунка 1.1 видно пропорциональное снижение доли алюмоферритно-стекловидной фазы (АФСФ) с возростанием содержания (3-С28 и алюминатов кальция при увеличении основности зол по Кк от 0,5 до 2,5.

В составе кремне-кислородных анионов (ККА) кислоторастворимой части кремнезема (рисунок 1.2) отмечается пропорциональное возрастание мономера [8Ю4] при постоянном высоком содержании и некотором увеличении от 50% до 70% диортосиликатных анионов (димера) [81207]. Средняя основность ККА кислоторастворимого 8102 в этом интервале основности практически не изменяется и равна 1,55-1,65. Количество кислоторастворимого кремнезема возрастает от 15% до 40% пропорционально увеличивающейся основности зол [68].

50

30

10

со

о

си

00

1_I

40 30 20 10

о □

о.

си

о 00

г

4

си

о 00

40 30 20 10

,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Коэффициент качества

<е V

м

I с0

0

1 о о

(2 о

2,0 1,5 1,0 0,5

Рисунок 1.2- Зависимость состава кремне-кислородных анионов (ККА)

зол от их основности Примечание: 1 - БЮ2 растворимый; 2 - мономер [8Ю4]; 3 - димер; 4 - средняя основность ККА кислоторастворимого 8Ю2.

Содержание свободного оксида кальция в золе пропорционально как ее основности, так и степени предварительного измельчения золы.

Количество Б03 в золе пропорционально ее основности и достигает в высокоосновных составах (5-6) % (рисунок 1.3). При этом, также отмечается повышение содержания 803 в АСФС золы от 0,5% до 1,0%. Учитывая пропорциональное возрастание содержания свободного СаО с увеличением основности зол, можно объяснить возрастание БОз за счет связывания 802 дымовых газов известью золы в ангидрит. Это также возможно за счет образования сульфоалюмината кальция в соответствующем температурном интервале [68].

Стекловидная фаза, содержание которой в высококальциевых золах колеблется в пределах от 15 до 60 %, состоит в основном из стекла, алюмоферритов и ферритов кальция [90]. Состав стекла не постоянен, о чем

свидетельствует разнообразная окраска стекла и показатели преломления, которые представлены в [70].

0

с/о 5 Qj 4

X

1 3 ö °

х

q 2

Oj

^ 1 о

° о

о уУ^

Ü

о

о У о

+ ^ +

еъ и е-

<Е ей

СП

о

СхО 1,0

0,5

0,0

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Коэффициент качества

Рисунок 1.3 - Зависимость содержания S03 в фазах от основности золы Примечание: 1 - S03 - общее; 2 - S03 в АФСФ.

Гранулометрический состав зол определяет многие строительно-технические свойства. Зола, улавливаемая в электрофильтрах, обычно имеет удельную поверхность от 125 до 580 м2/кг, при этом средняя величина колеблется от 200 до 350 м2/кг [50, 70]. При этом, золы, содержащие большее количество остатков несгоревшего топлива, имеют более высокие значения удельной поверхности. Также для золы характерно значительное содержание частиц с мелкими замкнутыми порами, которые являются результатом вспучивания расплавленной минеральной массы газами, выделяющимися при дегидратации глинистых минералов, диссоциации частиц известняка, гипса и органических веществ. Общий объем пор может достигать 60 % объема частиц золы. Повышенное содержание микропор в золе обуславливает высокое значение ее действительной удельной поверхности, с которой связаны такие свойства золы как адсорбционная способность, гигроскопичность и гидравлическая активность.

Факторы, определяющие гидравлическую активность золы. Гидравлическая активность высококальциевой золы пропорциональна её основности, в том числе и содержанию извести. Наличие свободного оксида кальция в значительной мере определяет активные вяжущие свойства золы, но вызывает неравномерность изменения объема бетона при твердении и снижает его трещиностойкость. Последнее характерно также и для зол, содержащих в своем составе повышенные количества оксида магния и сульфатов [91].

Автором [68] отмечается то, что содержание свободного оксида кальция в золе пропорционально основности и зависит как от метода анализа, так и от степени предварительного измельчения золы. Как показано в [92] количество дополнительно определяемого свободного СаО после помола (закрытый свободный СаО) оказывается пропорциональным общему содержанию свободного СаО. В работе [93] для активации фаз и вскрытия составляющих минералов высококальциевая зола была подвергнута механохимической активации в планетарной центробежной мельнице. Так в процессе помола наблюдается аморфизация кварца и оксида кальция. При этом интенсивность линий на рентгенограмме заметно снизилась, а их реакционная способность возросла. Благодаря сверхтонкому помолу процессы гидратации высококальциевой золы проходят более глубоко. Результаты дифференциально-термического анализа свидетельствуют о том, что содержание потерь, которые характеризуют процессы гидратации и минералообразования, составляют 12,6 %, т.е. увеличились почти в 2 раза, тогда как при обычном помоле золы потери составляют порядка 8,5 %. Потери массы гидратированного материала характеризуют удаление воды из гидратных новообразований, а также С02 из вторичного СаС03. Увеличилась прочность образцов в 3,5 - 6 раз по сравнению с обычной золой. Таким образом, в процессе помола нарушаются стекловидные оболочки, материал диспергируется, и способность мелких частичек СаО к взаимодействию с водой возрастает. В качестве недостатка этого способа активации

высококальциевой золы являются энергетические затраты, связанные с дополнительным помолом.

Гидравлическая активность золы в бетоне во многом зависит от ее дисперсности, химического и фазового состава и особенно от содержания стекловидной фазы. Дисперсность золы оказывает влияние на ее гидравлическую активность в процессе твердения. В работе [91] сделан вывод, что частицы золы менее 7 мкм обеспечивают пуццолановую реакцию в первые месяцы твердения. При увеличении размера частиц более 7 мкм гидравлическая реакция золы в течение первого месяца гидратации весьма незначительна, но к 3 месяцам заметно интенсифицируется и тем значительнее, чем выше дисперсность золы. Гидравлическая активность золы в бетонах начинается по истечению определенного промежутка времени после приготовления смеси. По данным [94], этот период равен 14 суткам, по данным [95] - 40 суток. С другой стороны, ряд ученых [96, 97] утверждают, что зола начинает поглощать известь с момента затворения смеси водой. Наличие столь неоднозначных данных приводит к тому, что гидравлическая активность золы зависит от многих факторов, среди которых решающую роль играют ее дисперсность, фазовый состав и содержание стекловидной фазы. Пуццолановая реакция золы в вяжущем и бетоне начинается с адсорбции на поверхности золы гидроксида кальция [91, 94]. Из продуктов гидратации первыми образуются гидросульфоалюминаты кальция, а затем и гидроалюминаты кальция. Со временем, когда водные прослойки заполняются продуктами гидратации, образуются прочные связи между поверхностью золы и гидратными новообразованиями, что в свою очередь приводит к повышению прочности бетона. В работах [91, 945, 94, 98, 99] описаны результаты исследования процессов гидратации цементов с добавками зол ТЭЦ. В начальный период твердения цементных паст теплота гидратации при введении золы уменьшается. В возрасте 180 и 360 суток разница теплоты гидратации отсутствует. По данным ДТА гидратированных цементных паст, содержащих до 40 % золы, установлено, что продуктами

гидратации являются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, гидроксид и карбонат кальция. В гидратированных золосодержащих цементах содержится больше гелеобразных гидроалюминатов кальция и меньше Са(ОН)2, чем в чистом цементе, причем часть этой фазы рентгеноаморфна. Электронно-микроскопические исследования [91, 94] подтверждают наличие долговременной гидравлической активности золы. По данным [100] существует водный промежуточный слой между оболочкой из продуктов гидратации и поверхностью частиц золы и в благоприятных условиях этот слой является проводником ионов кальция и гидроксида, под действием которых развивается поверхностная эрозия частиц золы с последующим заполнением пространства продуктами гидратации.

1.3.2 Статистические взаимосвязи между составом и свойствами буроугольных зол

Проведенный статистический анализ Безверхим A.A., Игнатовой O.A., Овчаренко Г.И., Плотниковой Л.Г., Франценым В.Б., Заезжаевой И.Н., Патрахиной В.В., Черных К.П. и другими выявил большой разброс показателей состава и свойств зол углей КАТЭКа. Для некоторых характеристик состава коэффициент вариации достигает 50 %, а показатели свойств изменяются в 2-50 раз. Чтобы эффективно работать с таким материалом, были установлены существующие закономерности и взаимосвязи между показателями. С этой целью в [68, 101-103] были просчитаны коэффициенты корреляций между характеристиками золы.

Полученные результаты показали высокую взаимную корреляционную зависимость между отдельными показателями основности золы, такими, как: общее содержание СаО в золе, коэффициент качества (Кк), коэффициент основности (Косн) (г = 0,862 - 0,950).

Взаимосвязь содержания в золе свободного СаО с показателями основности зол менее четкая. Коэффициенты корреляции составляют

соответственно 0,735 и 0,777 с Кк и KOCH. Еще меньше величина коэффициентов корреляции между основностью золы и содержанием в ней S03 (г = 0,637-0,724).

Для других показателей было найдено, что существует определенная зависимость между водопотребностью золы и содержанием несгоревших частиц (г = 0,730), водопотребностью и удельной поверхностью (г = 0,566).

Наличие корреляционной связи между температурным эффектом ранней гидратации золы и ее активностью указывают на возможную связь между активностью золы (по Кк или Косн) и тепловыделением при ее гидратации. Следовательно, величина полного тепловыделения при гидратации золы углей КАТЭКа может служить характеристикой ее гидравлической активности.

Черных К.П. установлена зависимость времени перемешивания золо-водной суспензии от критерия AT, °С и времени достижения максимальной температуры при определении критерия AT с коэффициентом корреляции г = 0,98. Так же разработанный им критерий оценки основности зол по количеству 2% раствора HCl, нейтрализованного золой, позволяет достоверно оценить требуемое оптимальное количество кислой или основной добавки к золам с коэффициентом корреляции г = 0,94 для автоклавного газобетона и 0,74 для неавтоклавного.

Таким образом, в результате проведенного анализа установлены определенные взаимосвязи между отдельными характеристиками состава и свойств золы, что позволяет, зная один из показателей, с известной степенью достоверности определять другие характеристики качества золы.

1.4 Технологии ячеистых бетонов на основе высококальциевых зол

На основе анализа публикаций таких исследователей как A.B. Волженский, П.И. Боженов, Э.Г. Оямаа, Е.А. Галибина, Т.А. Ухова, A.A. Безверхий, Дуболазов Н.М., К.В. Гладких, В.К. Козлова, Г.И.Овчаренко, A.B.

Ришес, В.Б.Францен, В.В. Костин, Черных К.П., Василовская Н.Г., Артемьева Н.А. и других, показаны преимущества использования высококальциевых зол в производстве ячеистых бетонов.

Применение зол в производстве ячеистых бетонов в действительности представлено во всевозможных вариантах, от использования её как основного сырьевого компонента до введения золы в состав сырья в качестве добавки. Так как высококальциевые золы обладают всеми исходными характеристиками сырья для изготовления ячеистых бетонов (дисперсность и вяжущий потенциал), к тому же ячеистая структура смягчает деструкции расширения золы в поровое пространство без развития трещин.

1.4.1 Автоклавный газобетон с добавлением высококальциевых зол ТЭЦ

Составы. В качестве исходных материалов при производстве сланцезольного газобетона используется негашеная пылевидная сланцевая зола, кремнезёмистый компонент, алюминиевая пудра и поверхностно-активные добавки. Сланцевая зола Прибалтийской ГРЭС доставляется цементовозами.

В составе этих зол колебания отдельных окислов составляют: 8Ю20бщ (26,7-33,3) %; А1203 (5,35-7,34) %; Ре203 (4,88-6) %; СаОобщ (40-48) %, СаОсв0б (15,7-24) %; (3,5-5,5) %, МёОсвоб до 1,5 %; ППП не более

3,5 % [71].

На Ступинском предприятии автоклавный газобетон изготовляли по составу: известково-зольное вяжущее, гипс двуводный молотый, аглопорит, алюминиевая пудра. Тонкомолотый гипс добавляют для замедления гашения извести [104].

В исследованиях Гладких К.В. приведен следующий состав автоклавного газобетона: вяжущее - высококальциевая зола (80 %), известь (15 %), гипс (5 %); отношение вяжущего к заполнителю равно 1:0,5; также применяли портландцемент в количестве 50 кг/м [109].

Технология. На Нарвском комбинате пылевидная сланцевая зола размалывается в сухом виде с добавкой 10 % кремнезёмистого компонента естественной влажности, что, с одной стороны, увеличивает производительность мельниц, а с другой, способствует частичному предварительному гашению свободного СаО - образованию кристаллической затравки типа Са(ОН)2, обуславливающей более быструю гидратацию свободного СаО в дальнейшем, и снижает величину расширения газобетонного сырца при повышенной температуре. Кремнезёмистый компонент содержит не менее 90 % Si02, размол которого в виде шлама должен осуществляться до удельной поверхности не менее 1800 см /г. Для снижения расслаивания шлама применяется добавка извести (вводится до 6 % сланцевой золы, что аналогично введению в смесь 3 % извести).

При производстве сланцезольного газобетона используется алюминиевая пудра марок ПАК-3 и ПАК-4, которая применяется в виде водно-алюминиевой суспензии.

Водотвёрдое отношение изменяется при этом от 0,37 - 0,4 и возрастает при уменьшении плотности. Соотношение золы и кремнезёмистого компонента при приготовлении газобетонной смеси как для мелких блоков, так и крупных строительных деталей 1:1.

Резка массива после предварительного отвердевания газобетонной смеси при (80-85) °С и атмосферном давлении (с целью практически полной гидратации свободного СаО) осуществляется в продольном и поперечном направлениях. После резки сырец подают в автоклавы, где он проходит обработку под давлением пара 0,8 МПа (175 °С) в режиме (1,25+5+1,5) ч [105].

Гладких К.В. предлагает кратковременную обработку горячей золы (с температурой 400 °С и выше) водяным паром, приводящую к

растрескиванию стекловидных оболочек. Также возможно измельчение золы

2 2

в шаровой мельнице до удельной поверхности от 3000 см /г до 3500 см /г. Термообработка осуществляется в пропарочных камерах при температуре

(90-95) °С и в автоклавах при температуре 175 °С. Режим термообработки: 2+(8-10)+2 ч [50].

При применении негашеной извести увеличивается скорость вспучивания, возрастает коэффициент использования алюминиевой пудры, сокращается время выдерживания массива до достижения им необходимой пластической прочности. Установлено, что при автоклавировании изделий, приготовленных на негашеной извести, происходит более полное связывание Са(ОН)2, при этом прочность на (30 - 55) % выше, чем в изделиях на гидратной извести.

В ячеистых бетонах негашеная известь выполняет задачу стабилизации ячеистой структуры в результате гидратационного твердения, способствует связыванию воды, что увеличивает прочность сырца и готового продукта [106].

В исследованиях Урхановой Л.А. проведены многофакторные эксперименты по подбору составов автоклавного газобетона. Было исследовано влияние следующих технологических факторов, которое оказывают решающее влияние на качество и свойства газобетона: оптимальное соотношение кремнезёмистого компонента и вяжущего в смеси, активность (содержание активных оксидов СаО) вяжущего, текучесть растворной смеси и соответствующего ей водотвёрдого отношения. Для получения высокопрочного газобетона активность вяжущего должна находиться в пределах (16 - 23) %, удельная поверхность - от 400 м2/кг до 450 м2/кг. При марке газозолобетона М35 оптимальным является водотвёрдое отношение равное 0,40 - 0,45 [107].

1.4.2 Свойства автоклавного газобетона с добавлением высококальциевых зол ТЭЦ

Прочность. Исходя из количественного преобладания в составе цементирующей связки автоклавного газобетона была установлена

корреляционная зависимость предела прочности на сжатие от содержания тоберморита. Математическая обработка установила связь между относительным объёмом продуктов гидратации, структурной пористостью и пределом прочности газобетона на сжатие. Относительный объём продуктов гидратации выражается произведением химически связанной воды, выделяемой при нагревании в интервале температур от 100 °С до 550 °С, на объёмную плотность газобетона. Содержание связанной воды в пробах газобетона содержалась в пределах от 6 % до 7,48 %. Зависимость предела прочности на сжатие от относительного объёма продуктов гидратации газобетона, так же как и от содержание тоберморита в составе цементирующей связки газобетона, описывается квадратичным уравнением с наименьшей остаточной дисперсией 0,72 и коэффициентом парной корреляции 0,8. На прочность газобетона влияют относительный объём продуктов гидратации и объём пор в интервале радиусов от 0,1 до 0,01 мкм, характеризующие микропористую структуру газобетона. Наибольшее влияние на прочность газобетона при сжатии оказывает относительный объём продуктов гидратации [108].

Величина прочности на сжатие газобетона является степенной функцией произведения содержания химически связанной воды и объёмной плотности.

При одном и том же относительном объёме продуктов гидратации в цементирующей связке газобетона более высокие прочностные свойства достигаются при уменьшении объёма пор в интервале радиусов от 0,1 мкм до 0,01 мкм. Это обусловлено созданием более плотной микропористой структуры за счёт увеличения объёма пор с радиусами менее 0,01 мкм, что приводит к увеличению внутренней удельной поверхности материала. Увеличение относительного объёма продуктов гидратации с 3,5 % до 6 % при объёме пор, в интервале радиусов от 0,1 мкм до 0,01 мкм, в пределах 0,1 см3/г и 0,3 см3/г, приводит к существенному изменению предела прочности газобетона на сжатие от 4,3 МПа до 9,4 МПа и от 2,8 МПа до 7,9 МПа [71].

Существенное влияние кроме фактора пористости на прочность газобетона оказывают степень однородности, степень изотропности, усадка, а также степень завершённости микроструктурообразования, т. е. фазовый состав матрицы бетона. Прочность автоклавных газобетонов может быть повышена не только за счёт формирования улучшенного фазового состава новообразований и повышения когезионной прочности матрицы, но и вследствие увеличения прочности адгезионного контакта микрозаполнитель-матрица. Среди факторов, существенно влияющих на прочность газобетона, есть и масштабный фактор, в некоторых случаях существенно зависящий от коэффициента однородности [109].

Долговечность. Основными показателями позволяющими оценить долговечность ячеистых бетонов являются: морозостойкость, линейные и объёмные деформации при высыхании и карбонизации готовых изделий.

Чтобы разобрать эту область подробнее, необходимо проанализировать долговечность отдельно взятых минералов составляющих зольный камень, а затем системы минералов в комплексе.

Морозостойкость образцов из индивидуальных гидросиликатов кальция полученных запариванием колеблется в широких пределах - от 10 до 75 циклов. Повышенной стойкостью к воздействию попеременного замораживания и оттаивания отличается кристаллический сросток из хорошо окристаллизованного гидросиликата Сг8Н(А). Остальные гидросиликаты кальция имеют близкие показатели: они выдерживают 10-15 циклов испытаний. Можно полагать, что меньшая морозостойкость субмикрокристаллического гидросиликата СБЩВ) обусловлена слоистым строением его кристаллической решётки, обладающей способностью обратимо отдавать определённое количество воды (в пределах 0,5-2,5 моля на 1 моль БЮг) с изменением расстояния между слоями от 9,3±0,3 до 14,0±0,4 А0. В связи с этим, а также из-за высокой удельной поверхности, субмикрокристаллические гидросиликаты группы СБЩВ) характеризуются

повышенной сорбцией водяных паров и увеличенными деформациями набухания и усадки.

Карбонизация, неизбежна в процессе эксплуатации любых конструкций из силикатного бетона, существенно влияет на технические свойства индивидуальных гидросиликатов. По данным Л.Н. Рашковича, скорость карбонизации возрастает в такой последовательности: С28Н(А) —> СгЭЩС) —» ксонотлит —» тоберморит —» СБЩВ), которая соответствует увеличению удельной поверхности гидросиликатов, т.е. поверхности взаимодействия гидросиликатов кальция с углекислотой (очевидно, с ионами НСО ). В результате карбонизации все гидросиликаты кальция замещаются агрегатами кристалликов СаС03, цементирующихся аморфной кремнекислотой. Последняя содержит 9-14% воды.

Поскольку процесс карбонизации гидросиликатов кальция сопровождается увеличением объёма твёрдой фазы, прочность образцов при сжатии в большинстве случаев повышается. Особенно резкий рост прочности показали образцы из двухосновных гидросиликатов кальция, связывающих наибольшее количество углекислоты, и ксонотлита.

В системе СаО - А1203 - БЮ2 - Н20 известны водные алюмосиликаты -гидрогеленит, глинозёмистый тоберморит и гидрогранаты.

Гидрогеленит стабилен в средах с пониженной концентрацией СаО в жидкой фазе при температуре менее 50°С. Поэтому он может наблюдаться только в продуктах нормального твердения. Технические свойства гидрогеленита в мономинеральных образцах не определены, однако сходство формы и размера кристаллов гидрогеленита с формой и размерами кристаллов тоберморита (в случае хорошей его окристаллизованности) позволяет предполагать, что и физико-механические свойства гидрогеленита близки к свойствам тоберморита. Это подтверждается результатами испытаний образцов, состоящими в основном из гидрогеленита. Положительной особенностью гидрогеленита как компонента затвердевшего цементного камня является высокая его стойкость к карбонизации,

отрицательной - способность к взаимодействию с известково-гипсовым раствором и раствором М^БС^ с образованием трёхсульфатного гидросульфоалюмината кальция. В растворах Са804 и Ма2804 гидрогеленит устойчив.

Свойства глинозёмистого тоберморита близки к свойствам СБЩВ), чем тоберморита, поскольку внедрение алюминия в решётку этого минерала сопровождается значительным ухудшением степени его кристаллизации.

Высокие прочностные показатели образцов при преобладании гидрогранатов, отмеченные некоторыми исследователями, объясняются присутствием примесей - гелевидных гидросиликатов кальция, склеивающих кристаллики гидрогранатов. Это подтверждается резким снижением прочности образцов из гидрогранатов при уменьшении их плотности за счёт ослабления гидросиликатной связки.

Гидрогранаты характеризуются высокой стойкостью к действию минерализованных вод и углекислоты.

Исследования карбонизационной стойкости зольного автоклавного газобетона показали, что скорость карбонизации зольного газобетона почти в 2 раза меньше по сравнению с обычным газосиликатом. Карбонизация зольного газобетона в естественных условиях протекает также медленнее. Следует отметить, что вся свободная известь исчезает уже при 30 % степени карбонизации зольного газобетона.

При переменном увлажнении и высушивании газобетона на основе высококальциевой золы после 15-20 циклов прочность материала не изменяется, а усадочные трещины, образовавшиеся при первых циклах испытаний, визуально закрываются. Выдержка образцов на воздухе в течение 1,5 года, ведёт к увеличению прочности на 25%, а на рентгенограммах обнаружено большое содержание СаСОз.

Сравнительный анализ трещиностойкости зольного и заводского (классического) автоклавных газобетонов показал, что зольный бетон более

трещиностоек. Так усадка при высыхании заводского составляет 0,6 мм/м, а зольного - 0,47 мм/м [105].

Стойкость автоклавного газобетона в условиях попеременного высушивания и увлажнения. В процессе эксплуатации газобетон подвергается физическим факторам воздействия, из которых существенное значение имеют попеременное увлажнение и высушивание. Эти воздействия приводят к быстрому расшатыванию структуры, а при определённых условиях - к полному разрушению ячеистого бетона за счёт образования и развития в пористой структуре микротрещин. Причиной такого необратимого разрушения является происходящие при увлажнении материала постоянная растворение мест контакта между отдельными кристалликами, сросшимися в кристаллическую структуру. При сушке материал разрушается вследствие дифференциального изменения объёма, возникающего в наружных и внутренних зонах бетона, и появления в связи с этим растягивающих и скалывающих напряжений [25].

Более высокой стойкостью обладают газобетонные образцы, в цементирующей связке, которых содержится большое количество более закристаллизованного тоберморита.

Расшатывание микроструктуры идёт постепенно от наружных к внутренним слоям газобетона и связано с проявлением необратимых деформаций, величина которых уменьшается с возрастанием БОз в составе цементирующей связке. Это вызвано увеличением в таких условиях явлений набухания за счёт образований гипса. В результате возникающее напряжение в начальные сроки испытаний вызывают зарождение большого количества микротрещин в структуре газобетона, куда интенсивно проникает влага, что способствует изменению фазового состава новообразований, в первую очередь - гидросиликатной составляющей и соединений, содержащих сульфатную серу. Изменение количества и фазового состава гидросиликатной составляющей газобетона в условиях попеременного высушивания и увлажнения происходит также за счёт перекристаллизация

низкоосновных гидросиликатов кальция типа С-8-Н(1). Явление перекристаллизации низкоосновных гидросиликатов кальция, в результате которой увеличивается количество контактов между частицами материала, хорошо прослеживается на образцах газобетона, изготовленных на низкоосновном сырье.

В отличие от ячеистых материалов, изготовленных на традиционном сырье, в сланцезольном автоклавном газобетоне под воздействием высушивания и увлажнения происходит значительное вымывание и перераспределение растворимых компонентов, в первую очередь сульфатных соединений типа гипса, сульфатов калия и натрия. Перераспределение количеств сульфатных соединений в наружных и центральных зонах газобетонных образцов приводит к возникновению деформаций усадки и набухания, а напряжения, вызванные этим явлением, расшатывают микропористую структуру газобетона, способствуя выщелачиванию сульфатных соединений в наружной и их концентрации во внутренней зоне образцов. Наиболее интенсивно этот процесс происходит в газобетоне, изготовленном на низкоосновном сланцезольном сырье, в цементирующей связке которого преобладают С-8-Н(1) и ангидрит, который в процессе эксплуатации способен при попеременном увлажнении - высушивании переходить в гипс. Повышенное количество ангидрита в составе новообразований приводит к развитию явлений набухания под воздействием миграции влаги в поры газобетона [65].

Атмосферостойкостъ автоклавного газобетона. Прочность автоклавных газобетонов при хранении на воздухе уменьшается. Химический анализ показал, что гидросиликатная связка цементирующего камня этих бетонов полностью заменена карбонатами кальция вследствие процесса карбонизации атмосферной углекислотой. Понижение основности гидросиликатов цементного камня автоклавных бетонов приводит к прогрессирующему относительному уменьшению объёма твёрдой фазы и абсолютному уменьшению объёма кристаллической части твёрдой фазы при

взаимодействии гидросиликатов с атмосферной углекислотой. Это в основном определят то или иное изменение прочности бетона при карбонизации.

Если новообразование цементного камня представленные гидросиликатами повышенной основности, то взаимодействии углекислоты на такой бетон приведёт к увеличению его прочности; если гидросиликаты имеют пониженную основность, то будет наблюдаться тенденция к уменьшению прочности тем большая, чем менее вероятно аморфное замещение кристаллов гидросиликатов кристаллами карбоната [105].

При воздействии углекислого газа возможно связывание свободного гидроксида кальция в карбонаты, образование гидрокарбосиликатов и гидрокарбонатов, гидролиз новообразований с образованием более низкоосновных гидросиликатов, дальнейший синтез новообразований за счёт связывания аморфного кремнезёма с гидроксидом кальция, образование гидросиликатов с повышенным содержанием гидратно-связанной воды.

Проникая в бетон, углекислый газ адсорбируется на стенках капилляров, покрытых плёнкой воды, где растворяется с образованием угольной кислоты, которая диссоциирует с образованием карбонат- и бикарбонат-ионов. В результате жидкая фаза насыщается ионами угольной кислоты. Растворимость последней определяется величиной рН бетона, которая зависит от содержания гидроксида кальция и высокоосновных форм гидросиликатов. При этом образовавшиеся высокоосновные гидросиликаты являются нестабильными. Начинается их гидролиз с образованием низкоосновных гидросиликатов и гидроксида кальция; происходящая при этом глубокая химико-минералогическая перестройка цементирующих веществ материала может вызывать как повышение, так и снижение показателей эксплуатационных свойств [106].

Одним из путей повышений стойкости ячеистых бетонов при воздействии углекислого газа является введение карбонатного микронаполнителя (КМ). На более низкую степень карбонизации газобетона

с КМ указывает также и менее значительное увеличение его плотности после карбонизации. Понижение степени карбонизации газобетона с КМ нельзя также объяснить с пониженным расходом вяжущего в бетоне. Причиной более низкой степени карбонизации является повышенное содержание в продуктах твердения гидросликатов кальция тоберморитовой группы и может быть гидрокарбоалюминатов кальция, образующихся в системах цемент-песок-карбонаты-вода в результате взаимодействия с СаС03 продуктов гидратации алюмосодержащих клинкерных минералов цемента.

При введении в состав бетона карбоната кальция микроструктура его характеризуется более мелкими и прочно сросшимися кристаллами гидросиликатов кальция, которые к тому же пронизаны, как бетон арматурой, игольчатыми кристаллами, упрочняющими систему [153].

Теплопроводность. Теплоизоляционный автоклавный газобетон обладает уникальным сочетанием физико-технических свойств (низкая теплопроводность, жесткость, негорючесть, высокая паропроницаемость), что позволяет широко использовать его для утепления ограждающих конструкций [110].

Газозолобетон в ограждающих конструкциях зданий находится не в сухом состоянии, а имеет определённую влажность, что повышает его теплопроводность и снижает его теплозащитные свойства [111].

В результате лабораторных исследований были подобраны составы теплоизоляционного газозолобетона на основе портландцемента марки 400, известково-песчаного вяжущего и золе ТЭЦ. Полученный газозолобетон при средней плотности 350-450 кг/м3 имеет коэффициент теплопроводности от 0,085 Вт/(м*°С) до 0,095 Вт/(м*°С) [111].

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Гильмияров, Руслан Игоревич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана технология автоклавного газобетона на основе высококальциевых зол ТЭЦ от сжигания углей КАБ при совместном их домоле с портландцементом с энергией 75 % от энергии помола клинкера на цемент, позволяющая получить материал с более высокими характеристиками при экономии от 90 до 100 % извести и до 20 % портладцемента.

2. Оптимальный состав разработанной сырьевой смеси для автоклавного газобетона в абсолютных процентах включает: от 14,8 % до 20,5 % портландцемента, от 0 % до 2 % извести, 59 % молотого кварцевого песка и от 18,5 % до 24,9 % высококальциевой золы;

3. Предложено стабилизировать характеристики газобетона, получаемого из зол с пониженной основностью и содержанием свободной извести в них менее 3,5 % добавкой товарной извести в количестве 2 % абсолютных или 10 % относительных;

4. Повышенные характеристики полученного газобетона обусловлены синтезом главным образом А1-замещенного тоберморита, ксонотлита, катоита, гелеобразных С-Э-Н фаз при отсутствии портландита, который значительно снижает характеристики материала классического состава.

5. Разработанная рецептура сырьевой смеси и технология производства конструкционно-теплоизоляционного газобетона позволили получать 2 газобетонные блоки плотностью 700 кг/м с высокими и стабильными строительно-техническими свойствами, превышающими свойства заводских изделий. Разработанная технология позволила отказаться от собственного производства извести на заводах ячеистого бетона, а участок помола извести использовать для домола золы и цемента с получением золопортландцемента.

6. Выпуск опытной партии на ЗАО «Завод ячеистых бетонов» (г. Барнаул) подтвердил эффективность изготовления газобетонных изделий, соответствующих требованиям ГОСТ 31359 - 2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия» из предложенных золоцементных композиций по разработанной технологии. Удельный экономический эффект от внедрения разработанной технологии в производстве 1 мЗ конструкционно-теплоизоляционного газобетона плотностью Б 700 составил от 199 до 302 рублей в зависимости от состава сырьевой смеси.

139

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гильмияров, Руслан Игоревич, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Бильдюкевич, В Л. Состояние и основные направления развития производства ячеистобетонных изделий в СНГ и за рубежом / B.JI. Бильдкжевич, Н.П. Сажнев, Ю.Д. Бородовский // Строительные материалы. -1992. - № 9. - С. 5-8.

2. Железобетон в XXI веке: Состояние и перспективы развития бетона и железобетона в России / Госсторой России, НИИЖБ. - М. : Готика, 2001. -684 с.

3.Боженов, П.И. Технология автоклавных материалов / П.И. Боженов. -Л.: Стройиздат, 1978. - 367 с.

4.Ячеистый бетон // Строительный эксперт. - 2000. - № 11. - С. 24.

5. Эффективность применения ячеистых бетонов в жилищном строительстве // Промышленное и гражданское строительство. - 2003. - № 3. -С. 29-32.

6. Перспективы развития производства и применения легких бетонов и конструкций из них. - М.: Стройиздат, 1978. - 352 с.

7.Меркин, А.П. Разработка энергосберегающей технологии производства ячеистобетонных изделий пониженной плотности / А.П. Меркин, Г.О. Мейнерт, Н.П. Сажнев, И.М. Исакова // Экспресс-информация. - М.: ВНИИЭСМ. - 1986. -Вып. 7.-С. 17-18.

8.Robetson-Dunn, DJ. Autoclaved aerated concrete / D.J. Robetson-Dunn // Concrete. - 1982. - № 11. -P. 40-42.

9.Чистяков, B.3. Производство газобетонных изделий по резательной технологии / В.З. Чистяков, И.А. Мысатов, В.И. Бочков. - Л.: Стройиздат, 1977. - 240 с.

10. Копранчиков В.И. Ресурсосберегающая технология возведения малоэтажных жилых домов из ячеистого бетона / В.И. Копранчиков. // Жилищное строительство. -1991. - № 9. - С. 9 - 10.

11. Состояние и перспективы развития промышленности строительных материалов // Строительные материалы. - 1999. - № 9. - С. 4-6.

12. Граник, Ю.Г. Теплоэффективные ограждающие конструкции жилых и гражданских зданий / Ю.Г. Граник // Строительные материалы. - 1999. - № 2. - С. 4-6.

13. Граник, Ю.Г. Ячеистый бетон в жилищном и гражданском строительстве / Ю.Г. Граник // Строительные материалы. - 2003. - № 3. - С. 2-6.

14. Вигдорчик, Р.И. Применение ячеистого бетона в строительстве жилых и общественных зданий. Прогрессивные проекты и проектные решения / Р.И. Вигдорчик // Строительные материалы. - 1992. - № 9. - С. 27-29.

15. Родионовская, И.С. Архитектурные проблемы строительных материалов / И.С. Родионовская // Строительные материалы. - 1996. - № 1. - С. 2-3.

16. Баженов, Ю.М. Новому веку - новые эффективные бетоны и технологии / Ю.М. Баженов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2001. -№ 1.-С. 12- 13.

17. Ларин, B.C. Архитектурные и конструктивные особенности применения ячеистых бетонов в малоэтажном строительстве Республики Беларусь / B.C. Ларин // Строительные материалы. -1992. - № 9. - С. 30-31.

18. Баженов, Ю.М. Новому веку - новые бетоны / Ю.М. Баженов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2001. - № 2. -С. 4-5.

19. Матросов, Ю.А. Новые изменения СНиП в строительной теплотехнике / Ю.А. Матросов, И.Н. Бутовский, В.В. Тищенко // Жилищное строительство. - 1995 - № 10. - С. 15-17.

20. Бортников, Е.В. Основные тенденции и перспективы развития промышленности строительных материалов / Е.В. Бортников // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2000. - № 2. - С. 4 - 5.

21. Сахаров, Г.И. Об оценке теплозащитных свойств ограждающих конструкций / П.И. Сахаров, В.П. Стрельбицкий // Жилищное строительство. -1996.- №5. -С. 19-21.

22. Матросов, O.A. Стратегия энергосбережения в гражданских зданиях: Новые подходы и решения / O.A. Матросов // Ресурсо- и энергосбережение как мотивация творчества в архитектурно-строительном процессе. Труды годичного собрания РААСН. - Казань. - 2003. - С. 80-88.

23. Воробьев, Х.С. О производстве стеновых материалов из ячеистого бетонов в условиях рынка / Х.С. Воробьев // Строительные материалы - 1991. -№ 3. - С. 2-4

24. Тарасевич, Б.П. Сравнительная оценка потребительских свойств жилых домов из различных стеновых материалов. Аналетический обзор / Б.П. Тарасевич // Строительный вестник Татарстана. - 2003. - № 2 - С. 48-56.

25. Силаенков, Н.С. Напрасно отвернулись от однослойных стен / Н.С. Силаенков // Строительные материалы. - 1999. - № 9. - С. 38

26. Чернышев, Е.М. Эффективность применения ячеистого бетона в жилищном строительстве / Е.М. Чернышев, И.И. Акулова, Ю.А. Кухтин // Промышленное и гражданское строительство. - 2002. - № 3. - С. 29 - 32.

27. Казачун, Г.У. Экономическое обоснование конструкций наружных стен индивидуальных жилых домов / Г.У. Казачун, Л.П. Моргун // Строительные материалы. - Бизнес. - 2003. - № 1. - С. 11-13.

28. Деменцов, В.Н. Эффективный современный строительный материал для строительства и эксплуатации / В.Н. Деменцов // Строительные материалы. - 1995,-№5.-С. 12-13.

29. Хуторной, А.Н. Теплоэффективные свойства наружных кирпичных стен с коллекторами / А.Н. Хуторной, H.A. Цветков, О.И. Недавний // Строительные материалы, 2002. - № 7. - С. 18 - 19.

30. Кулагин, С.М. Обеспечение требуемого термического сопротивления в зданиях с наружными стенами из облегченной кладки / С.М. Кулагин // Жилищное строительство, 1998. - № 1. - С. 25.

31. Шлегель, И.Ф. Современные кирпичные стены / И.Ф. Шлегель // Строительные материалы, 1999. - № 2. - С. 10-13.

32. Боград, А.Я. Рациональные термические решения теплоэффективных наружных стен жилых домов различных конструктивных систем / А.Я. Боград // Строительные материалы. - 1999. - № 2. - С. 2 - 3.

33. Гарнашевич, Г.С. Исследование теплофизических и эксплуатационных свойств ячеистого бетона / Г.С. Гарнашевич, И.П. Сажнев // Строительные материалы. - 1992. - № 9. - С. 24 - 26.

34. Кривицкий, М.Я. Ячеистый бетон (технология, свойства и конструкции) / M .Я. Кривицкий, Н.И. Левин, В.В. Макаревич. - М. : Стройиздат, 1972- 136 с.

35. Горлов, Ю.П. Технология теплоизоляционных материалов / Ю.П. Горлов, А.П. Меркин, A.A. Устенко. - М. : Стройиздат, 1980. - 399 с.

36. Саталкин, A.B. Высокопрочные автоклавные материалы на основе известково-кремнеземистых вяжущих / A.B. Саталкин, П.Г. Комохов. - JI. : Стройиздат, 1966. - 242 с.

37. Федин, A.A. Научно-технические предпосылки совершенствования технологии силикатного бетона / A.A. Федин // Строительные материалы. -1993. - №8. - С. 7-12.

38. Дьяченко, Е.И. О влиянии микро- и макропористости на сопротивление разрушению высокопоризованных неорганических композитов / Е.И. Дьяченко, Ю.А. Неупокоев, C.B. Заложник // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы шестых академическихз чтений РААСН. - Иваново. - 2000. - С. 171-174

39. Sakuramoto Fumitoshi. Kagima giyutsa kenkyujo nenpo = Annu. Rent / Sakuramoto Fumitoshi, Yoda Kazuhisa. // Kagima Techn. Res. Inst. - 1999. - № 47. -P. 87 - 94.

40. Баранов, A.T. Влияние качества макропористой структуры ячеистого бетона на его прочность и морозостойкость / А.Т. Баранов, К.И. Бахтияров, Т.А.

Ухова и др. - в кн. : Вопросы технологии ячеистых бетонов и конструкций из них. - М.: Стройиздат, 1972. - С. 37-41.

41. Бахтияров, К.И. Экспресс-метод оценки качества макропористой структуры ячеистых бетонов на фотоэлектронной установке / К.И. Бахтияров, А.Т. Баранов, Т.А. Ухова. - в кн. : Вопросы технологии ячеистых бетонов и конструкций из них. - М.: Стройиздат, 1972. - С. 16-21.

42. Ухова, Т.А. Качество макропористой структуры и прочность ячеистого бетона / Т.А. Ухова, А.Т. Баранов, JI.C. Усова. - в кн. : Вопросы технологии ячеистых бетонов и конструкций из них. - М. : Стройиздат, 1972. -С. 16-21.

43. Чернышев, Е.М. О конгуэнтности параметров конгломератной структуры материала мембран в конструкции макропористых бетонов / Е.М. Чернышев, Е.И. Дьяченко // Проблемы строительного матьериаловедения и новые технологии. - Белгород : Изд-во БелГТАСМ, 1995. - С. 137-145.

44. Зейфман, М.И. Изготовление силикатного кирпича и силикатных ячеистых бетонов. - М.: Стройиздат, 1990. - 184 с.

45. Кржеминский, С.А. Автоклавная обработка силикатных изделий / С.А. Кржеминский. - М.: Стройиздат, 1974. - 174 с.

46. Баранов, А.Т. Основы формирования структуры ячеистых бетонов автоклавного твердения. Автореф. дисс. доктора техн. наук / А.Т. Баранов. -Москва, 1981.-48 с.

47. Волженский, A.B. Бетоны и изделия из шлаковых и зольных материалов / A.B. Волженский, Ю.С. Буров, Б.Н. Виноградов, К.В. Гладких М.: Стройиздат, 1969. - 392 с.

48. Бутт, Ю.М. Долговечность автоклавных ячеистых бетонов / Ю.М. Бутт, К.К. Куатбаев. -М.: Стройиздат, 1966. - 216 с.

49. Гладких, К.В. Изделия из ячеистых бетонов на основе шлаков и зол / К.В. Гладких. - М.: Стройиздат, 1976. - 255 с.

50. Боженов, П.И. Нефелиновые шламы / П.И. Боженов, В.И. Кавалеров. - JI.: Стройиздат, 1966. - 246 с.

51. Эскуссон, К.К. Использование зол и шлаков в производстве ячеистых бетонов за рубежом / К.К. Эскусон // Строительные материалы. - 1993. - № 8. с. 18.

52. Батрак, А.И. Шлам зольный - сырье для производства ячеистого бетона / А.И. Батрак // Строительные материалы. - 2002. № 4. - С. 22-23.

53. Соломатов, В.И. Новый подход к проблеме утилизации отходов в стойиндустрии / В.И. Соломатов, С.Ф. Коренькова, Н.Г. Чумаченко // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2000. - № 1. -С. 28-29

54. Венделин, А.Г. Эффективное использование сланцевых зол эстонских электростанций / А.Г. Венделин // Долговечность конструкций из автоклавных бетонов: тезисы докладов пятой респ. конф. - Таллин. - 1984. - С. 11-16.

55. Демьянов, B.C. Быстротвердеющие высокопрочные бетоны с органоминеральными модификаторами. - Пенза : ПГУАС, 2003. - 195 с.

56. Сахаров, Г.П. Поробетон и технико-экономические проблемы ресурсосбережения / Т.П. Сахаров, В.П. Стрельбицкий // Вестник БГПУ им. В.Г. Шухова - 2003. - № 4. - С. 25 - 32.

57. Сахаров, Г.П. Тенденции развития и улучшения свойств поробетона / Т.П. Сахаров, В.П. Стрельбицкий // Промышленное и гражданское строительство - 2001. - № 9. - С. 42 - 43.

58. Демьянова, B.C. Эффективные сухие строительные смеси на основе местных материалов / B.C. Демьянов, В.И Калашников, Н.М. Дубошина. - М. : Стройиздат. - 2001. - 208 с.

59. Рахимов, Р.З. Ресурсо- и энергосбережение - определяющие факторы устойчивого развития строительства и жилищно-коммунального хозяйства / Р.З. Рахимов // Ресурсо- и энергосбережение как мотивация творчества в архитектурно-строительном процессе. Труды годичного собрания РААСН 2003 г. - Казань : КГАСА, 2003. - С. 29-35.

60. Лесовик, B.C. Строительные материалы из отходов горнорудного производства Курской магнитной аномалии. Учебное пособие. - Белгород : Изд-во АСВ, 1996. - 155 с.

61. Арбузова, Т.Б. Применение шламовых отходов в производстве строительных материалов / Т.Б. Арбузова, С.Ф. Коренькова, Н.Г. Чумаченко // Промышленность строительных материалов. - М. : ВНИИЭСМ, 1988. - вып. 4. - С. 2-8.

62. Коренькова, С.Ф. Теоретические и технологические принципы использования шламовых отходов в строительных материалах. Автореф. дисс. доктора техн. наук / С.Ф. Коренькова. - Самара, 1996. - 43 с.

63. Отходы промышленности в производстве строительных материалов / под ред. A.A. Новопашина. - Куйбышев : Кн. изд-во, 1984. - 56 с.

64. Арбузова, Т.Б. Утилизация глиноземсодержащих осадков промстоков / Т.Б. Арбузова. - Сасара : Изд-во Самарского университета, 1991. -136 с.

65. Медяник, Ю.В. Смешанное вяжущее с наполнителем из шлама водоумягчения для сухих штукатурных смесей. Автореф. дисс. канд. техн. наук. / Ю.В. Медяник. - Казань, 2003. - 20 с.

66. Лукутцова, Н.П. Тяжелые металлы в шламах промышленных предприятий и возможные пути использования их в производстве строительных материалов / Н.П. Лутцова // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2001. - № 11. - С. 10-11.

67. Багров Б.О. Ячеистые бетоны из промышленных отходов / Б.О. Багров, Т.Д. Васильева, П.А. Садовский и др. // Бетон и железобетон. - 1990. № 9.-С. 6-7.

68. Овчаренко, Г.И. Оценка свойств углей КАТЭКа и их использование в тяжелых бетонах / Г.И. Овчаренко, Л.Г. Плотникова, В.Б. Францен. - Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 1997. - 149 с.

69. Овчаренко, Г.И. Цеолиты в строительных материалах / Г.И. Овчаренко, В.Л. Свиридов, Л.К. Казанцева - Барнаул : Из-во АлтГТУ, 2000. -320 е., ил.

70. Савинкина, М.А. Золы канско-ачинских бурых углей / М.А. Савинкина, А.Т. Логвиненко. - Новосибирск : Наука, 1979. - 168 с.

71. Галибина, Е.А. Состав и гидратационная активность сланцевых зол / Е.А. Галибина, И.А. Веретевская. // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. -1974. - № 5. - С. 73 - 78.

72. Галибина, Е.А. Автоклавные строительные материалы из побочных отходов ТЭЦ / Е.А. Галибина. - А.: Стройиздат, 1986. - 128 с.

73. Гузман, И.Я. Высокоогнеупорная пористая керамика / И .Я. Гузман. -М.: Металлургия, 1971

74. Нагашибаев, Т.К. Разработка технологических параметров изготовления эффективной теплоизоляции из неавтоклавных ячеистых бетонов. Автореф. дисс. канд. техн. наук / Т.К. Нагашибаев. - М., 1997. - 19 с.

75. Кикас, В.Х. Зола горючего сланца-кукерсита в качестве вяжущего вещества. Автореф. дисс. канд. техн. наук / В.Х. Кикас. - Таллин, 1955. - 21 с.

76. Каракулов, В.М. Вяжущее на основе высококальциевой золы и магнийхлоридной рапы / В.М. Каракулов // Резервы производства строительных материалов. Межвуз. Сб. Алтайский политехи. Инст. - Барнаул. - 1988. - С. 36 -39.

77. Рекомендации по применению высококальциевых зол углей КАТЭКа в керамзитобетоне. - Новосибирск : СибНИИЭП, 1986.- 34 с.

78. Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций / НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1986.- 80 с.

79. Меренцова, Г.С. Современные технологии использования зол Канско-Ачинских бурых углей для производства бетонов / Г.С. Меренцова. -Барнаул : Изд-во Алтайск. ун-та, 1994. - 145 с.

80. Меренцова, Г.С. Термотурбулентная обработка золы-унос тепловых электростанций для керамзитобетона. Автореф. дис. канд. техн. Наук / Г.С. Меренцова. - Новосибирск, 1975. - 27 с.

81. Козлова, В.К. Использование зол тепловых электростанций в производстве строительных материалов / В.К. Козлова. - Барнаул, 1975. - 144 с.

82. Каракулов, В.М. Стеновые материалы из золы Канско-Ачинских углей от парогенераторов с жидким шлакоудалением. Дисс. канд. техн. наук / В.М. Каракулов - Барнаул, 1998. - 202 с.

83. Игнатова, O.A. Вяжущее из гидратированной золы ТЭС и получение бетонов и растворов на его основе. Автореф. дисс. канд. техн. наук / O.A. Игнатова. - Новосибирск, 1993. - 21с.

84. Безверхий, A.A. Рекомендации по технологии изготовления конструкций крупнопанельного домостроения из тяжелых бетонов с добавками высококальциевой золы ТЭС / A.A. Безверхий, Н.М. Дуболазов, O.A. Игнатова, М.В. Балахнин, А.Н. Проталинский. - СибЗНИИЭП.: Новосибирск, 1986. - 16 с.

85. Безверхий, A.A. Рекомендации по технологии изготовления конструкций крупнопанельного домостроения из тяжелых бетонов с добавками высококальциевой золы ТЭС / A.A. Безверхий, Н.М. Дуболазов, O.A. Игнатова, М.В. Балахнин, А.Н. Проталинский. - СибЗНИИЭП. : Новосибирск, 1986. - 16 с.

86. Доманская, И.К. Физико-химические и экологические аспекты технологии удаления высококальциевых зол с предварительной их грануляцией. Автореф. дисс. канд. техн. Наук / И.К. Доманская. - Екатеринбург, 1995.- 19 с.

87. Капустин, Ф.Л. Минералообразование при скоростном обжиге высококальциевых зол ТЭС и разработка получения цементов на их основе. Автореф. дисс. канд. техн. Наук / Ф.Л. Капустин. - Свердловск, 1989. - 20 с.

88. Назиров, P.A. Гидратация свободных оксидов в зольных композициях и свойства материалов на их основе. Автореф. дис. канд. техн. наук / P.A. Назиров. - Новосибирск, 1990. - 24 с.

89. Андреев, В.В. Автоклавные материалы на основе ТЭЦ. Сборник трудов / В.В. Андреев, В.А. Халин, И.П. Политов. - М. : ВНИИЭСМ, 1992. - № 9.-С. 23-43.

90. Овчаренко, Г.И. Особенности свойств высококальциевых зол ТЭЦ, как вяжущего материала / Г.И. Овчаренко // Резервы производства строительных материалов. Межвузовский сборник. Под ред. В.К. Козловой. -Барнаул : Алтайск. Политехи, ин-т, 1988. - С. 30 - 36.

91. Slahucka, V. Vyuzitie popolcekow v cementtarskom priomisle / V Slahucka. - Stavivo, 1979. - № 1. - p. 23 - 25.

92. Овчаренко, Г.И. Золы углей КАТЭКа в строительных материалах / Г.И.Овчаренко. - Красноярск : Изд-во Краснояр. ун-та, 1992. - 216 с.

93. Кобу, М. Зола и зольные цементы. Основной доклад / М. Кобу // В кн. Пятый международный конгресс по химии цемента. Т.З Цементы и их свойства. - М. : Стройиздат, 1976. - С. - 83 - 94

94. Энтин, З.Б. Гидратация и твердение зольных цементов / З.Б. Энтин, Л.П. Шатохина, Г.Г. Лепешенкова. // Цемент -1981. - № 10. - С. 23 - 30.

95. Карпенко, В.И. Бетоны на основе шлаковых смесей ГРЭС Донбасса / В.И. Карпенко, А.А. Черняк // Бетон и железобетон. - 1975. - № 10. - С. 23 - 30.

96. Raymond, S. The use of stabilized fly ash in road construction / S. Raymond, P.H. Smith. - Civil engineering and Publicorks Review, 1964. - vol 59Ш691.-Р. 236 - 240.

97. Hennig, K. Technologie der Puzzolanzementther. Tellung und Ertjebniose der morteltechischen versuche / K. Hennig, P. H. Sopora // Baustof industrie - 1969. -№9,-S. 306-509.

98. Farbor, I. Utudy teur of the U.K. pulverized fuel ash industry /1. Farbor // Civil Enginiering and Publicorks Review - 1999. - № 64. - P. 1186.

99. Sikes, P.G. Disposal and ises of poverplant ash in urban area / P.G. Sikes, HJ. Kolbeck. // Jurnal of the pover division - 1973. - № 01. - P. 217 - 235.

100. Устенисов, З.А. Свойства бетонов на основе тонкомолотых многокомпонентных вяжущих / З.А. Устенисов, Ж.С. Урлибаев, Ш.У. Уралиева. // Бетон и железобетон -1993. - № 1. - С. 9 - 20.

101. Черных, К.П. Закономерности регулирования состава и свойств газобетона на основе зол углей КАТЭКа. Автореф. дисс. канд. техн. наук / К.П. Черных. - Барнаул, 2000. - 20 с.

102. Заезжаева, И.Н. Закономерности изменения состава и свойств зол углей КАТЭКа и силикатного кирпича с их использованием. Автореф. дис. канд. техн. наук / И.Н. Заезжаева. - Барнаул, 1999. - 21 с.

103. Патрахина, В.В. Закономерности изменения состава и свойств золоцементных вяжущих и бетонов на их основе. Автореф. дисс. канд. техн. наук / В.В. Патрахина. - Барнаул, 2000. - 21 с.

104. Чистяков, Б.З. Производство газобетонных изделий по резательной технологии / Б.З. Чистяков, И.А. Мысатов, В.И. Бочков. - JI.: Стройиздат, 1977. - 240 с.

105. Силаенков, Н.С. Напрасно отвернулись от однослойных стен / Н.С. Силаенков // Строительные материалы. - 1999. - № 9. - С. 38

106. Воробьёв, A.A. Исследование стойкости ячеистых бетонов с карбонатными микронаполнителями при воздействии углекислого газа / A.A. Воробьёв, Е.К. Синиченко // Конструкции из композиционных материалов. -2004. - №2. - С.56-60.

107. Урханова, JI.A. Газобетон на основе активированных вяжущих веществ / JI.A. Урханова, А.Ж. Чимитов // Бетон и железобетон. - 2005. - №4. -С.9-12.

108. Georg Schober Химические превращения сырьевой смеси из цемента, извести, кварца и гипса в ходе автоклавной обработки при производстве ячеистого бетона / Georg Schober // Строительные материалы. - 2006. - №6. -С.34-35.

109. Опекунов, В.В. Прочность, однородность и анизотропия свойств пористых бетонов / В.В. Опекунов // Строительные материалы. - 2006. -№11.-С. 17-21.

110. Куатбаев, К.К. Свойства фазовых составляющих цемента гидротермального твердения / К. К. Куатбаев. - М.: Стройиздат, 1974. - 156 с.

111. Пак, А.А. Эффективная теплоизоляция труб скорлупами из газозолобетона / А.А. Пак, О.Н. Крашенинников, Р.Н. Сухорукова // Строительные материалы. - 2004. - №3. - С.21-23.

112. Хижинкова, Е.Ю. Разработка технологии золопортландцемента из высококальциевых зол ТЭЦ с обеспечением деструктивной безопасности материалов. Автореф. дисс. канд. техн. наук / Е.Ю. Хижинкова. - Барнаул, 2007. -20 с.

113. Churakov, S.V. Structure of the hydrogen bonds and silica defects in the tetrahedral double chain of xonotlite / S.V. Churakov //Cement and Concrete Research. - 2008. - №38. - P. 300 - 311.

114. Connan, H. Autoclaved lime-colloidal silica slurries and formation of al-tobermorite / H. Connan, A.S. Ray and P.S. Thomas // J. Aust. Ceram. Soc. - 2007. -№43 [2]. - P. 150-153.

«утвер:

Главный инжещ ЗАО « Завода

АКТ

Мы, нижеподписавшиеся, комиссия в составе представителей ЗАО «Завод ячеистых бетонов» в лице главного инженера Васильева Е. А. с одной

стороны, а также представителей Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова в лице к.т.н. Щукиной Ю.В. и аспиранта Гйльмиярова р.И. с другой стороны составили настоящий акт о том, что в феврале 2011 года на базе предприятия, в заводских условиях, в соответствии с принятой на предприятии технологией производства изделий из автоклавного газобетона, была проведена апробация составов, разработанных аспирантом АлтГТУ Гильмияровым р.И. и к.т.н. Щукиной Ю.В. При разработке в качестве базового состава был принят один из основных составов, применяемых на предприятии для производства мелких стеновых блоков из автоклавного газобетона плотностью 700 кг/м . Базовый и разработанные на его основе составы представлены в таблице 1.

В качестве основных сырьевых компонентов были приняты следующие сырьевые материалы:

1. Портландцемент Голухинского цементного завода ПЦ400 Д20 с удельной поверхностью 2520 см /г;

2. Известь негашеная, полученая в шахтных печах из известняка Гурьевского месторождения на ЗАО «ЗЯБ» г. Барнаула, которая обладает следующими характеристиками:

- содержание активных СаО и М§0 - 70 ~ 73,5 %,

- температура гашения -50— 60 °С, время гашения— 15—20 мин.

- количество неиогасившихся зерен составляет 13,6 - 14 %.

- молотый кварцевый песок Черемновского месторождения;

3. Алюминиевая суспензия;

4. Вода питьевая.

Таблица 1 - Нормы расходов материала на 1 м золосодержащего

газобетона

Состав Единица Норма на 1 3

измерения м

1 2 3

ПЦ 20,5 % + БУЗ 20,5 % + П 59 %

(условное обозначение состава: БУЗ

50% + ПЦ 50 %):

-зпц т 0,265

- Песок т 0,380

- Алюминиевая пудра т 0,0007

ПЦ 16,4 % + БУЗ 24,9 % + П 59 %

(условное обозначение состава: БУЗ

60% + ПЦ 40 %):

-ЗПЦ т 0,265

- Песок т 0,380

- Алюминиевая пудра т 0,0007

ПЦ 18,5 % + БУЗ 18,5 % + И 2 % + П

59 % (условное обозначение состава:

БУЗ 50% + ПЦ 50% + И10 %):

-ЗПЦ

- Песок т 0,252

- известь т 0,380

- Алюминиевая пудра т 0,015

т 0,0007

ПЦ 14,8 % + БУЗ 22,2 % + И 2 % + П

59 % (условное обозначение состава:

БУЗ 60% + ПЦ40%+И 10%)

-зпц

- Песок т 0,252

- известь т 0,380

- Алюминиевая пудра т 0,015

т 0,0007

Отличительной особенностью приготовления опытных составов заключалось в том, что в состав сырьевой смеси дополнительно вводилась высококальциевая зола от сжигания бурых углей КАБ с характеристиками, представленными в таблице 2. При этом высококальциевая зола подвергалась совместному домолу с цементом в шаровой мельнице с энергией 75% от энергии помола клинкера на цемент. Полученным золопортландцементом

<5:3

(ЗПЦ) в составе газобетона замещались 100 % цемента и от 90 до 100 %

извести. Количество кварцевого песка в составах золосодержащего газобетона оставалось таким же, что и у контрольного состава, изготовленного на основе извести, цемента и молотого кварцевого песка.

Таблица 2 - Характеристика сырьевых материалов

Вид матер нала Рнас.э кг/м3 пп п, % СаОсвотк, % СаОсум % АТ С0 Сроки схватывания с УД-9 см2/г Ост.на сите №008, % тнг, %

Тначало. СХВ.Э МИН. вконец. схв.» МИН.

БУЗ 1180 2,89 2,44 3,91 4 15 23 2880 6,3 26

ПЦ - 2,8 - - - 150 270 2520 5 27,5

Порядок приготовления растворной смеси был принят следующий: На весовом дозаторе (на базе ВДП-1600, модернизированном для взвешивания вяжущих) набирается заданное количество золопортландцемента и извести. Затем с помощью объемного дозатора отмеряют нужное количество вводно-алюминиевой суспензии. Открывают пробковый кран шламбассейиа, весовым дозатором (на базе ВДП-60С) набирают заданное количество шлама. В газобетономешалку, установленную под дозировкой, с включением механизма перемешивания сливается в начале шлам (молотый кварцевый песок с водой) и добавочное количество воды, затем осторожно небольшими порциями ссыпается золопортландцемент и известь (при необходимости). В течение 5 минут шлам и вяжущее перемешивают. Затем выливают отдозиро ванное количество водно-алюминиевой суспензии. Все перемешивается в газобетономешалке в течение 3 минут для равномерного распределения газообразователя по всему объему смеси. Затем дозировщик дает сигнал на передвижение газобетономешалки к посту заливки. Время передвижения 4 минуты. Тщательное перемешивание компонентов смеси обеспечивает однородность структуры ячеистого бетона.

К посту формования газобетономешалка перемещается по рельсовому пути. Через сливное отверстие в нижней части газобетономешалки в

подготовленную бортоснастку выливается приготовленная смесь. Затем форма начинает перемещаться по конвейеру, где происходит нарастание пластической прочности сырца до требуемой величины.

Конвейер выдержки переталкивает форму с массивом на машину разборки форм, где производится раскрытие формы, подъем поддона с массивом на уровень среднего конвейера и выдвижение из нее массива. Массив на поддоне поступает на устройство для горизонтальной и вертикальной резки (разделитель).

Затем поддоны с разрезанным массивом устанавливают на запарочные тележки, которые поступают в автоклав, для прохождения гидротермальной обработки при давлении 1 МПа (10 атм.) с изотермической выдержкой 10 часов.

Определение физико-механических характеристик газобетона производилось согласно ГОСТ 25485 ~ 89 и ГОСТ 31359 - 2007. В условиях лаборатории кафедры, аттестованной ФБУ «Алтайский ЦСМ», были проведены исследования свойств автоклавного газобетона на основе предложенных составов, в ходе которых определялось: средняя плотность, прочность при сжатии и изгибе, водопоглащение по массе и объему, коэффициент теплопроводности. Результаты средних значений представлены в таблице 3.

Таблица 3 Строительно -технические свойства автоклавного газобетона

состав Прочность, МПа Рср*? кг/м % Вт , % ВТ , % 1*, Вт/м°

сжатие изгиб С

1 2 3 4 5 6 7 8

контроль 2,8 1,1 690 8 41 30 0,17

ПЦ 20,5 % + БУЗ 20,5 % + П 59 % (БУЗ 50% + ПЦ 50%) 3,5 1,4 650 9 40 29 0,16

ПЦ 16,4 % + БУЗ 24,9 % + П 59 % (БУЗ 60 % + ПЦ 40%) 3,2 1,5 660 16 38 29 0,16

Продолжение таблицы 3

ПЦ 18,5 % + БУЗ 18,5 % + И 2 % + П 59 % (.БУЗ 50 % + ПЦ 50 % + И10 %) 3,4 1,5 620 9 39 28 0,16

Щ 14,8 % + БУЗ 22,2 % + И 2 % + П 59 % (БУЗ 60 % + ПЦ 40 % + И10 %) 3,1 1,3 630 11 36 29 0,15

газобетона после автоклавной обработке, %; В„, - водопоглащение по массе,

%; В, - водопоглащение по объему, %; X - коэффициент теплопроводности, Вт/м'°С.

Согласно результатам определения свойств газобетона на основе разработанных составов установлено, что по основным физико-механическим показателям соответствует требованиям ГОСТ 25485 - 89 и ГОСТ 31359 - 2007 для производства мелких стеновых блоков. При этом обеспечивается класс бетона не менее В 1,5 (М25).

От ЗАО «ЗЯБ»:

главный инженер

От АлтГТУ: к.т.н.

аспирант

Е. А. Васильев

Ю.В. Щукина Р.И. Гштьмияров