Золы и шлаки ТЭС в строительстве США

Масштабы использования золошлаковых отходов для строительных целей возрастают в США с каждым годом. По данным Эдиссоновского электрического института, их выход, составлявший около 10 млн. т в 1950 г.,  к 1970 г. и в 1980 г. превысит 50 млн. т. В практике строительства США наметились и реализуются следующие основные направления использования золы и шлаков: в производстве цемента и бетонов различного типа, дорожном строительстве. для изготовления кирпича и выпуска легких пористых заполнителей бетона.

В течение длительного времени ряд фирм в США использует золу и шлаки ТЭС в производстве цемента и бетона. Их опыт свидетельствует о высоких эксплуатационных качествах материалов, содержащих летучую золу. Так. в 1947 г. при строительстве электростанции Риджеленд использовались бетонные смеси с применением летучей золы (до 20% от количества цемента). Бетонная облицовка гидроканала и резервуар для хранения питьевой воды вот уже свыше четверти века сохраняют высокую водостойкость, а стены электростанции. несмотря на резкие температурные колебания, обладают большой прочностью к имеют хороший внешний вид. Аналогичные заключения сделаны по нескольким высотным зданиям и по Чикагской водоочистительной станции. Компания «Relof Cnnrrete Block (штат Огайо), занимающаяся производством легких и тяжелых бетонных блоков. сборного бетона и готовых бетонных смесей использует летучую золу в течение 6 лет. заменяя ею около 25% цемента стоимостью по 20 долларов за тонну (стоимость 1 т золы 6 долларов). Наряду со значительной экономией получается бетон высокого качества: понижается величина усадки, увеличивается удобообрабатываемость и сохраняется прочность. Сейчас в штате Огайо более 70% изготовителей бетонных блоков применяют летучую золу в качестве компонентов бетонв.

Использование золы в массивном бетоне получает в США все более широкое распространение. Четыре ведущие строительные организации систематически применяют летучую золу ПРИ сооружении плотин. Компания «Tennessee Valey Authority использует золу крупностью менее 9 мк в качестве пуццоланы, а более крупную — вместо песка. Ею заменяют 20% цемента и 10% песка.

Свыше 3,8 мли. т золы ежегодно потребляют компании «Bureau of Reclamation» и «Корпус инженеров». Ими построен ряд крупнейших плотин, в том числе Саттан, Дворшак, Хартвелл. Компания «Valore Research Associated» ведет интенсивные последования по технологии бетона автоклавного и безавтоклавного твердения с применением летучих зол.

Зола быстро находит потребителей при сооружении мостов, бетонных и асфальтовых дорог, стабилизации грунтов. Особенно широко ее применяют для этих целей в штатах Мичиган и Алабама, где уже 10—15 лет назад проложены дороги с ее использованием. При строительстве дороги Горгас — Пэрриш для укрепления дорожного основания применялись смеси из летучей золы (15%) и извести (5%). Дорога, эксплуатируемая очень интенсивно, в настоящее время находится в хорошем состоянии. Для Строительства подводных сооружений в штате Алабама ИСПОЛЬЗУЮТ золу, удовлетворяющую следующим техническим условиям: pH водной вытяжки — 7 (min.); SO2-— 40%; М2О3- 15°/0: MgO — 5°(max) 5 щелочей — 1,5%; и. п. п. — до 6%.

В 1954 г. построен мост из бетона с летучей золой. Увеличение прочности его бетонных конструкций продолжается до настоящего времени. Начиная с 1966 г.. Департамент шоссейных дорог применяет золу во всех возводимых автодорожных мостах. В штате Алабама построено несколько дорог, в бетонных покрытиях которых содержится летучая зола. Испытания показали, что бетон характеризуется такими показателями; через 28 дней прочность на сжатие достигла 331, а на изгиб 63,5 кГ/см2. Бетоны, содержащие летучую золу и используемые при строительстве мостов и дорог, обладают по сравнению с аналогичными бетонами без золы) повышенной прочностью, удобообрабатываемостью и стойкостью к воздействию сульфатов.

Золу применяют в США также и в качестве минерального наполнителя для дорожных асфальтов. В штате Мичиган ее добавляют при сооружении всех видов мостовых, которые отличаются весьма высоким качеством. Компания «Det- ront Edison» с 1939 г. продала свыше 1,2 мин. т летучей золы фирмач, занимающимся асфальтированием дорог и тротуаров. Эта компания в настоящее время разрабатывает новые рецептуры и технологию получения битумных смесей и асфальтобетонов с применением золы с разным содержанием углерода (3—10%)- Результаты исследований позволяют сделать положительное заключение о применении золы в этой сфере строительства.

Компания «Swindell-Dressier», осваивающая технологию производства кирпича из золы, предложила прогрессивным метод кратковременного обжига в печи типа i«RoII-a-Fiow». Первая стадия обжига протекает при температуре 500—600°-С в течение 1—2 ч в зависимости от состава шихты. Для замеса рекомендуется использовать 74% золы, 23% котельного шлака и около 3% силиката натрия как -связующего. Такой способ является наиболее оптимальным для кратковременного обжига. Температурный режим первой стадии обеспечивает довольно полное выгорание углерода, присутствие которого в повышенных количествах нежелательно. Вторая стадия осуществляется при 800—1000°С также в течение 1—2 ч. После обжига кирпич охлаждается в течение 0,5—1 ч. Таким образом, суммарная продолжительность обжига кирпича из золы составляет 3—5 ч, тогда как из традиционного материала — 30—40 ч.

В процессе изготовления можно изменять цвет изделия от кремового до красного, что позволяет использовать его в качестве облицовочного материала. Характерной особенностью кирпича, полученного из золы и шлаковых остатков, является его пониженная масса. Он на 30% легче обычного, что дает возможность добиться экономии при транспортировании готовых изделий. Получение данные показывают, что производство кирпича из летучей золы примерно в 3 раза дешевле, чем на основе традиционного сырья. Для типового завода мощностью 10 тыс. шт. кирпича в неделю с печами типа «Shuttle» капитальные вложения составят 760 тыс. долларов, а с туннельные и печами — 320 тыс. долларов. Такому заводу в год потребуется около 40 тыс. т золы.

Институт строительной керамики показал возможность повышения прочности кирпича из золы и выдал рекомендации по использованию его для строительства многоэтажных и других ¦подобных сооружений. Тем самым он ставит свой материал наравне со сталью и армированным бетоном.

Корпорация «Реnn Virginias Wheelwright» образовала Комитет по сбыту строительных материалов, содержащих золу, и сейчас руководит заводом заполнителей «а ее основе. Для этого производства принято использовать летучую золу с содержанием углерода 5— 6%. Обычно же в лей содержится 2—3% углерода. Чтобы повысить его концентрацию до Необходимого уровня, в исходное сырье следует добавлять измельченный уголь или золы с высшим содержанием углерода. Установлено, что грануляция протекает весьма успешно, когда от 30 до 35% частиц золы имеют круглистость не выше 70 мк. Применяют тарельчатый гранулятор диаметром 3,9 и производительностью 50 т гранул в час. Агломерационная лента размером 1,8X30 м позволяет получать 54 м3 аглопоритового гравия в чае.

Готовый продукт объемно насыпной массой 753 кг/м3 рассеивается на фракции: 0—4 мм (10%); 4—8 мм (60%); 8—16 мм (30%). Фракцию 4—8 мм можно использовать при производстве стеновых панелей, а 8—16 мм — непосредственно в бетоне. Как показывают предварительные расчеты, стоимость легкого пористого заполнителя из золы на 30—40% ниже, чем из глин и сланцев.

Производство легких заполнителей из летучей золы хотя и требует определенных затрат, чрезвычайно выгодно, поскольку создаст возможность устойчивого потребления отходов ТЭС и дает большую экономию.