Применение зол и шлаков в промышленности

  Именно  содержанию CaOсв в частицах сланцевой золы уделяется особое внимание, поскольку гидратация этого элемента в цементах проходит медленно, и оказывает негативное влияние в уже затвердевших бетонах. Частицы электрофильтровой сланцевой золы находятся при высоких температурах всего три-четыре секунды и не успевают образовать плотную кристаллическую решетку, а из-за реакции с топочными газами вокруг частицы образуется ангидрит. Именно это создает то принципиальное отличие агрегатного состояния CaOсв в сланцевой золе от агрегатного состояния CaOсв в цементном клинкере, где он обжигается в течение 30-40 минут и образует плотную кристаллическую решетку, которая может гидратировать еще 2-3 года, формируя трещины в бетоне.

  В то же время агрегатное состояние  CaOсв в сланцевой золе таково, что гидратация отложена во времени примерно до семи суток с момента затворения бетона, пока не закончит гидратацию ангидрит, что не приводит к формированию трещин в бетонных конструкциях.

  В целом сланцевая зола в бетонах и строительных растворах, используясь взамен части цемента, позволяет заметно экономить его в среднем 25%, улучшает прочностные характеристики бетонной смеси, снижает водопотребность смеси до 20%. Это комплексная добавка, повышающая морозостойкость, коррозионную и гидротермическую устойчивость, с низкой усадочностью и т. д.

  Метод определения химической стойкости  бетона основан на фиксировании изменения  массы образца и его прочности  при изгибе, после выдерживания в  агрессивной среде (3% водный раствор  серной кислоты с Ph=3) контрольных  образцов определенное количество времени. Хотя обычные бетоны в реальных условиях не подвергаются подобным воздействиям, данный метод был выбран для интенсификации возможных негативных процессов  в бетоне. После 180 суток контрольные образцы с показывают прирост массы, прочности и отсутствие каких-либо трещин.

  Российские  электростанции предлагают на рынок  свою золу, в основном дешевле или  в том же ценовом диапазоне, что  и сланцевая зола. Но они значительно уступают сланцевой золе по получаемому качественному эффекту, стабильности химического состава, возможным объемам и надежности поставки. Немаловажно, что российские электростанции пока не в состоянии производить золы-уноса со стабильными свойствами, что объясняется как частым использованием различных углей, так и отсутствием четких стандартов предприятия по мониторингу золы и технических средств, позволяющих управлять выходом золы со стабильными показателями. В этом плане эстонские электростанции заметно отличает наличие стандартов предприятия на все виды поставляемых сланцевых зол, где подробно расписана система мониторинга продукции, а также мощного силосного парка.

  На  сегодняшний день только в Петербурге было произведено более 400 тыс. кубических метров бетона с использованием, поставляемой из Эстонии, сланцевой золы. Рост объемов потребления цемента в текущем году неминуемо приведет к увеличению его стоимости до 4000-5000 руб./т, что сделает использование сланцевой золы еще более привлекательным. 

8. Сланцевая зола как модификатор  цементных систем

 

  С августа 2009 года ЗАО «ПрофЦемент-Вектор» начало поставки сланцевой электрофильтровой золы – «ЗОЛЭСТ-1» для производства строительных материалов в промышленном комплексе СПб и Ленинградской области. Этот материал относится к виду высококальциевых или основных зол-уноса, которые могут применяться в качестве компонента (добавки) для приготовления бетонов и растворов, сухих смесей и минеральных вяжущих (см. ГОСТ 31108 «Цементы общестроительные. Технические условия»), а также в качестве наполнителя при изготовлении ячеистых бетонов.

  Состав  сланцевой золы, которая получается при сжигании сланца, при температуре 1300-1400 0С, включает в себя минералы портландцементного клинкера – до 10% двухкальциевого силиката (C2S), до 2% трехкальциевого силиката (C3S), кроме того, около 30% стекловидной фазы, до 17% сульфатов кальция, до 14% свободного оксида кальция, СаОсв. Химический состав «ЗОЛЭСТ-1» помимо главных клинкеров образующих оксидов, содержит также до 11% SO3, до 7% (К2О+Na2O), 2,5-3,5% MgO.

  Одним из преимуществ сланцевой золы, как активной минеральной добавки, является снижение водопотребности на 10-20% соответствующих твердеющих систем по сравнению с бездобавочными или включающими в своём составе другие добавочные компоненты, и на этой основе повышение прочности и улучшение технологических свойств бетонных и растворных смесей.

  Происхождение этого эффекта связано со сфероидными  формами минеральных частиц, а  также наличием в составе золы тонкодисперсных активаторов твердения  свободного СаО, а также сульфатов кальция.

  Модифицирующая  роль «ЗОЛЭСТ-1» при твердении  находит свое приложение в повышении  прочности бетонов и растворов, а также в их повышенной морозостойкости, коррозионной и гидротермической устойчивости, с очень низкой усадочностью.

  Успешные  работы по применению «ЗОЛЭСТ-1» в  производстве бетонных, растворных смесей и бетонов проведены более  чем в 30 компаниях Москвы, Санкт-Петербурга, Республики Беларусь. 

9. Использование сожженого сланца в бетонных смесях

 

  Электрофильтровая сланцевая зола (сожжённый сланец) является эффективной активной минеральной добавкой в цемент или бетон. Технологические свойства этого материала делают её применение в бетонном производстве практически адекватным технологии ввода цемента в бетонную смесь, поскольку удельная поверхность электрофильтровой сланцевой золы составляет от 250 до 350 м2/кг, плотность 0.9-1.1, что примерно адекватно цементу. За счёт меньшей плотности уменьшается расход энергии на перекачку золы в производственном процессе, не происходит излишнего налипания продукта на внутренние поверхности продуктопроводов. Зола прекрасно транспортируется в тех-же транспортных средствах что и цемент, то есть в вагонах типа хоппер и автоцементовзах. Главным преимуществом сланцевой золы как активной минеральной добавки является значительное, па 10-20%, снижение водопотребности соответствующих твердеющих систем по сравнению с бездобавочными или включающими в своем составе другие добавочные компоненты и на этой основе повышение прочности и улучшение других технологических свойств. Происхождение этого эффекта связано со сфероидными формами тонких минеральных частиц, а так же наличием в исходном составе золы тонкодисперсных активаторов твердения - свободного или гидратированного СаО, а также сульфатов кальция. Стимулирующая роль сланцевой золы при твердении находит свое практическое приложение помимо повышенной прочности соответствующих объектов - бетонов, растворов и т.д. также в их повышенной морозостойкости, коррозионной и гидротермической устойчивости, практически бсзусадочности. Опыт многолетнего использования сланцезолыюго портландцемента в таких изделиях, как предварительно напряженные железобетонные конструкции, например Таллиннской телебашни, Ленинградской атомной электростанции, пропариваемые бетоны, дорожные бетонные объекты и др., подтверждает высокие технико-технологические качества вяжущих систем на основе цементов, содержащих сланцевую золу.

  Способов  ввода сланцевой золы в твердеющие системы два. Во-первых, в качестве активной минеральной добавки в  цемент через совместный помол компонентов  портландцемента. Во-вторых, при непосредственном вводе золы в бетонную смесь или  другую твердеющую систему па основе бсздобавочного портландцемента. При втором способе появляются дополнительные возможности самостоятельною модифицирования дисперсности и гранулометрического состава добавки, а так же количественного варьирования процента ее ввода. Стандартизированное дозирование сланцевой золы в портландцемент находится в пределах 6-20% (Цем А-Г, ГОСТ 31108-2003). В европейском стандарте EN 197-1 имеется также разновидность портландцемента с обожженным сланцем СЕМ II В-Т, в которой содержание добавки может находиться в пределах 21-35%. В целом сланцевая зола является высокоэффективным активным компонентом как в составе цементов, так и при cамостоятелъном вводе ее в растворы и бетоны. 

  Качественные  показатели ввода сожженого сланца  в бетонную смесь 

  Испытания использования сланцевой золы, проведенные  в лаборатории ЗАО «Адамант СПб», показали следующие результаты: 

  Контрольная проба без введения сланцевой  золы:

  - Цемент: ПЦ 500-Д0, г. Старый Оскол 

  - Контр.: ПГС МК 2.3, гравийность 15%

  - Щебень: Спецснаб, фракция 5-20

  - Добавка: ЛТС 340 (0,6%), 201(0,5%)

    
    

  - ОК 25см

  - Пл б С. 2400кг/адЗ  

  Проба с замещением 15% цемента сожженым сланцем:

  - Цемент: ПЦ 500-Д0, г. Старый Оскол. 

  - Контр.: ПГС МК 2.3, гравийность 15%

  - Щебень: Спецснаб, фракция 5-20

  - Добавка: ПТС 202.

  - Наполнитель: Зола сланца  

    
    

  - ОК 24 см

  - Пл. б.с 2430кг/мЗ 

  - через 1 час 

  - ОК18см 

  - Пл. б.с 2430кг/мЗ 

  Испытания сланцевой золы были проведены на таких предприятиях в Санкт-Петербурге, как «Объединение45», «Метробетон», «Ленстройдеталь», «Адамант СПб», «Беатон», «Совби» и других. Во всех случаях при замещении 20% цемента сланцевой золой наблюдают увеличение ранней и 28-суточной прочности по сравнению с контрольной цементной пробой. В случае с самоуплотняющимся бетоном, проба с сланцевой золой дала прочность на 10 Мпа выше, чем проба с минеральной мукой, которая была использована ранее. Благодаря физическим свойствам частиц сожженого сланца повышается пластичность и уменьшается водопотребность смеси, что ведет к увеличению прочности. Сланцевая зола также положительно влияет на водонепроницаемость бетонной смеси т.к. создается меньше пор и каверн и не уменьшает морозостойкости.