Шлаки и золы в производстве ячеистобетонных изделий

В МИСИ имени В. В. Куйбышева и на Люберецком комбинате силикатных материалов н конструкций исследовалась возможность использования топливных гранулированных шлаков и пылевидных зол московской ТЭЦ-22 в производстве теплоизоляционных и конструктивных газобетонных изделий. Работы велись на основе теоретических предпосылок о повышенной гидравлической активности шлаков и зол в условиях тепловлажностной обработки.

Необходимо было выявить возможность использования шлаков и зол в качестве сырья при изготовлении бесклинкерных, малоклинкерных вяжущих и тонкодисперсных заполнителей, а также получения шлакозольных ячеистых изделий пониженной влажности, твердеющих в автоклавах и при контактном (электропрогреве.

На московской ТЭЦ-22 установлены топки с жидким шлакоудаленнем, в которых температура сжигания угля достегает 1300—1500°С. В таких условиях минеральная часть топлива превращается R шлаковые расплавы (до 60— 40%) при резком охлаждении водой гранулируется в стекловидные зерна, которые вместе с циклонной пылевидной золой удаляются в отвалы.

Гранулированный шлак представляет собой алюмосиликатиое стекло с содержанием потерь при прокаливании до 0.5—1,2%, объемным весом 1200—1270 кг/ж3, размерами зерен от 0,5 до 20 мм, поглощением Са(ОН)г из насыщенного растзора до 50 мг[г при 20°С до 120 мг!г при 100°С и выше. Объемный вес пылевидной золы 800—880 кг/ж3, .удельная поверхность — 2000—2500 сж2/г, водопотребность — 55—62%. Поглощение Оа (ОН)? находится в пределах 80— 100 мг[г при 100°С. Шлакозольная смесь состоит из 30—70% граншлака и 70— 30% пылевидной золы в зависимости от места слива шлака. Средняя влажность их в отвале колеблется от 8 до 15%.

На основе этих материалов были изготовлены бесклиикериые и малоклинкерные вяжущие, твердевшие в автоклаве и при электропрогреве.

Вяжущие из шлакозольной смеси с добавкой 15% портландцемента М-300 характеризовались прочностью при сжатии 300 кГ/см2 (электропрогрев) и 380 кГ/см2 (запаривание). Наименьшие деформации развивались также в вяжущих шлаковых и из шлакозольных смесей с добавкой 15% портландцемента. Последний состав принят для производства ячеистобетонных изделий на Люберецком комбинате.

В качестве тонкодисперсного заполнителя газобетона применяли молотый граншлак, пылевидную золу и молотую шлакозольную смесь взамен используемого здесь песчаного шлама. В этом случае для теплоизоляционного бетона автоклавного твердения объемных: весом 450—550 кг/м3 и прочностью при сжатии 8—12 кГ/см2 расход извести не изменился— 130—150 кг/м3. На 1 м3 конструктивного ячеистого бетона += = 700 кг/м3 с Лсж=43—52 кГ/см расход смешанного вяжущего также остался прежним— 130 кг извести и 150 кг портландцемента. Результаты исследований показали, что замена песка молотыми шлаком и шлакозольной смесью повышает прочность на 30—40% автоклавного теплоизоляционного и на 15—20% конструктивного бетона При этом снижается водопоглощение, возрастает коэффициент размягчения до 0,70—0,75 и повышается морозостойкость теплоизоляционного газобетона с 5 до 15 и конструктивного до 50 циклов.

Использование пылевидной золы увеличивает В/Т отношение на 25—35%, влажность после автоклавной обработки па 15—20%. Усадочные деформации конструктивного газобетона возрастают до 0,8—1,1 мм/м.

На основе шлакозольного вяжущего с добавкой 15% портландцемента был изготовлен газобетон объемным весом 500 и 700 кг/м3 при активности газомассы соответственно 15—17 и 11—13%, В/Т отношении 0,48 и 0,43 и расходе алюминиевой пудры 800 и 420 г на 1 ж3. После запаривания в автоклаве по режиму 3+ + 8+2 ч прм 8 атм газобетон объемным весом 510 и 700 кг/м3 имел прочность при сжатии соответственно 25—30 и 50— 65 кг/см2. Прочность при сжатии газобетона из шлаказольного вяжушего и шлакозольного шлама состава 1:1—15— 20 кг/см2 (теплоизоляционного) и 45— 50 кг/см2 (конструктивного).

Таким образом, замена извести, портландцемента и песчаного шлама шлакозольным вяжущим и шлакозольной смесью снижает расход высокообжиговых вяжущих, улучшает качество изделий автоклавного твердения и создает условия для использования местного дешевого сырья — шлакозольных отходов тепловых электростанций.



Нами изучалась возможность получения изделий неавтоклавного твердения с помощью электропрогрева инфракрасными лучами и контактного. Источником инфракрасных лучей служили стержневые генераторы с нихромовой проволокой температурой нагрева 500— 700°С. Лучистая энергия передавалась на бетон от генераторов, расположенных в технологических пустотах изделий, или от верхних и нижних излучателей (ТЭНов).

Установлено, что в зависимости от режима и условий прогрева (в закрытых или открытых формах) можно получать газобетон прочностью при сжатии 8—15 и 45—55 кГ/см2 для объемного веса соответственно 500 и 650— 700 кг/м3, конечной влажностью 10— 15%. Подъем температуры до 95—98°С и изотермическая выдержка осуществляются при закрытых бортах и укрытом верхе изделий. Когда бетон наберет прочность до 60—70% прочности в сухом состоянии, борта откидываются, поверхность изделий открывается и прогрев продолжают. Температура газобетона постепенно повышается до 105— 110°С. В течение 3—4 ч изделия сушатся. В это время происходит удаление свободной влаги п но всему сечению изделий протекают основные усадочные деформации. Так как усадка происходит при небольших температурных градиентах (5—¦ 10°С), напряжения, возникающие в межпоровых стенках (до 45— 75 кг/см2), компенсируются давлением водяных паров в порах бетона. Это обстоятельство предопределяет стяжение ячеистой структуры без развития в ней деструктивных процессов.

Наилучшие результаты получены при прогреве газобетона ТЭНамн, расположенными в технологических пустотах диаметром 90—110 мм центрального слоя изделий. После длительного нахождения на воздухе газобетона, имеющего конечную влажность 10—12%, усадочные деформации составили 0,8—1,1 мм/м вместо 2,5—3 мм/м для пропаренных или олептропрогретых контактным методом с конечной влажностью 35—40%. Весь цикл, включающий процессы твердения, сушки и форсированной усадки, составляет (2—3) ч+(8—12) ч+(2—4) ч в зависимости от объемного веса, габаритов изделий и заданных свойств бетона. Расход электроэнергии находится в пределах 60—90 квт/ч на 1 м3 бетона.

Аналогичные результаты получены нами и при контактном электропрогреве газобетона. Но в этом случае были изменены условия электрообработки. Электродами служили поддон формы и верхняя сетка с ячейками размером 10Х X10 см, уложенная на контактный слой песка, смоченного 1,5%-ным раствором хлористого кальция. Толщина сформованных изделий — 200 и 250 мм. Через них пропускали ток промышленной частоты напряжением 60 а, силой 200— 150 а в начале и 30—100 а в конце прогрева. Температура газобетона при изотермической выдержке находилась в пределах 95—98°С. Низкое напряжение, стабильная сила тока, высокая температура в бетоне были достигнуты за счет создания в нем электротермоса. Для этого в период подогрева и изотермической выдержки изделия покрывали пароизолирующим покрытием, а сушили при включенном токе, открытых бортах и открытом верхе. Режим электропрогрева: подъем температуры до 100°С — 2—3 ч, изотермическая выдержка—10—12 ч и сушка — 3—4 ч. Изделия имели конечную влажность 17—19% вместо 35% для теплоизоляционного газобетона автоклавного твердения и 19—25% запаренного конструктивного. Расход электроэнергии составил 45—55 квт-ч на 1 м3 бетона.