АКТИВИЗАЦИЯ ОТВАЛЬНЫХ ЗОЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗОЛОЦЕМЕНТНОПЕСЧАНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Однако замена крупного заполнителя песком приводит к значительному увеличению расхода цемента на 20—40% по сравнению с равноподвижными бетонными смесями и равнопрочными бетонами на крупных заполнителях.

Как показали исследования, проведенные в МИСИ нм. В. В. Куйбышева и в других институтах, перерасход цемента удается практически полностью исключить при введении в цементно-песчаные смеси зол-уноса от сжигания бурых и каменных углей в пылевидном состоянии на тепловых электростанциях.

Золы ТЭС являются неоднородным продуктом и существенно отличаются друг от друга то химическому и минералогическому составу, дисперсности, содержанию несгоревшего топлива и т. д. Золы подмосковных и московских ТЭС подразделяются в основном на буроугольные Подмосковного бассейна и каменноугольные Донецкого бассейна. По химическому составу они представлены в основном кислотными окислами (кремнеземом, глиноземом, окисью железа) — до 80—90% при незначительном содержании окисей кальция и магния — до 5%. Такой состав зол обусловливает их пуицоланическую активность т. е. способность взаимодействовать с гидроокисью кальция.

Буроугольные золы характеризуются более высоким содержанием глинозема (25—40%), чем каменноугольные (15— 20%). Фазовый анализ показал, что основными активными компонентами буро, угольных зол являются аморфизированное глинистое вещество и шлакозольное стекло. Для каменноугольных зол пупцоланическая активность обусловлена в основном кремнеземистым шлакозольным стеклом. Органическая фаза у буроугольных зол представлена гуминовы- мп кислотами, а у каменноугольных — нейтральными коксовыми остатками (до 16—20%). Для выявления влияния добавки буроуголыюй золы та прочность бетона часть песка в цементно-песчаной смеси состава il:5 по массе заменялась таким же количеством золы различных ТЭС (табл. 1). Так как исследуемые каменноугольные золы ТЭЦ-116 и ТЭЦ-20 Москвы характеризуются недостаточно высокой дисперсностью (соответственно 1200 и 2200 см /г), производили их помол мокрым способом до получения удельной поверхности 4500 см2/г.

Подвижность бетонной смеси в опытах поддерживалась постоянной и составляла 105—ЛЮ мм расплыва конуса на встряхивающем столике по ГОСТ 310—60, что соответствует жесткости 20—30 с по ГОСТ 10181—62. Тепловлажностная обработка образцов производилась по режиму 2+7+2 ч при температуре изотермической выдержки 85—87СС. В опытах применялся портландцемент- М-400 Жигулевского цементного завода и песок Мкр = 2,9.

Опыт показал, что несмотря на более высокую водопотребность золы то сравнению с водопотребностью песка, общее волосодержание смеси почти е увеличилось, а при введении золы Ново-Рязанской ТЭС даже несколько снизилось. Обусловлено это, по-виднмому, следующим явлением. При дисперсности золы, соизмеримой с дисперсностью цемента, их можно рассматривать как единую смесь. Замена части песка соответствующим количеством золы приводит к объема цементно-зольного теста, что способствует увеличению подвижности. Однако с повышением содержания золы, обладающей большей водопотребностью, чем цемент, возрастает вязкость цементно-зольного теста. Взаимодействие этих двух факторов приводит к тому, что несмотря на повышен ну водопотребиость золы, водосодер- жгние смеси оптимального состава возрастает лишь а 5—10%.

Введение буроугольной золы дисперсностью 3200—4700 см2/г и каменноугольной дисперсностью 4500 см2/г в количестве 1150—200 кг/м вместо соответствующей массы песка приводит к увеличению объемной массы смеси от 2170 до 2300 кг/м3, увеличению объемной концентрации твердой фазы в бетонной смеси с 727 до 775—780 л/м3 и прочности бетона со 140 до 260— 310 кгс/см2 сразу после теплоплажностной обработки и со 170 до 330— 400 кгс/см2 к 28-суточному возрасту последующего твердения. Аналогичная картина имеет место и при введении зол ТЭЦ-16 и ТЭЦ-20, молотых до удельной поверхности 4500 см2/г.

При этом под объемным содержанием твердой фазы понимается абсолютный объем цемента, золы и песка в единице объема бетонной смеси. Как показали ¦предыдущие исследования одного из авторов, возрастание объемной концентрации твердой фазы в бетонной смеси приводит к снижению пористости и повышению прочности затвердевшего бетона1.

Сравнение опытов № 4 и 8 показывает (табл. 1), что при практически одинаковой концентрации твердой фазы (778—780 л/м3) и соотношении между твердыми компонентами 1:0,6:4,4 но массе прочность бетона после тепловлажностной обработки изменяется от 250 до 310 кгс/см2 и от 340 до 430 кгс/см2 в возрасте 28 сут. Это изменение прочности при близком химическом и минералогическом составе буроугольных зол вызвано в основном повышением их дисперсности, что совпадает с выводами многих исследователей2. Наилучшие результаты получены при введении золы Ново-Рязанской ТЭС удельной поверхностью 4700 см2/г: прочность бетона возросла в 2,2—2,5 раза.

При введении грубодисперсной низкоактивной золы ТЭЦ-16 прочность бетона повысилась на 20—30 кгс/см2, т. е. на 5—20%. Повышение дисперсности каменноуголыюй золы от 1200 до 500 см2/г обусловило достижение проч. ости 260—280 кгс/см2 после термообраотки 360—400 кгс/см2 в возрасте 8 сут. Как видно, для достижения одой и тон же прочности, дисперсность зол должна быть выше а 1200 400 см2/г, чем буроугольных опыты № 4 и 16). Оптимальная величинa добавки золы при расходе цемента 130—350 к.г/м3 составляет 150— 100 кг/м3. Увеличение расхода золы верх этого количества приводит к снижению прочности бетона.

Такое действие золы обусловлено следующими причинами. С одной стороны, введение золы в тошне цементно-песчаные смеси позволяет заполнить пустоты между песчинками н.за счет увеличения содержания цементно-зольного камня перейти от зернистой структуры к плотной. С другой стороны, как показал рентгеноструктурный анализ (рис. 1), введение золы приводит к связыванию свободной гидроокиси кальция, выделяющейся при гидратации цемента, в низкоосновные глдросиликаты, гидрогранаты и гидрогеленит, обладающие вяжущими свойствами. Таким образом, зола действует и как микронаполнитель, и как пуццоланическая добавка. При чрезмерном увеличении содержания золы повышаются водопотребность смеси и пористость образующегося цементно-зольного камня, увеличивается раздвижка зерен песка, что приводит к снижению прочности бетона.

Как активная добавка, зола имеет преимущества по сравнению с другими микронакопителя-ми, такими, например, как молотый песок, глина. Для проверки этого положения проделаны следующие опыты. В цементно-песчаной смеси часть песка заменялась микронаполнителями одинаковой дисперсности, но разной активности: золой Ступинской ТЭС сдельной поверхностью 3200 см2/г, глиной Никольского кирпичного завода (Москва) удельной поверхностью 3500 ом2/г и песком, измельченным до величины удельной поверхности 3200 см2/г. Содержание компонентов по массе я объемная концентрация твердой фазы в смеси поддерживались практически одинаковыми. Из рис. 2 видно, что наилучшие результаты получаются при введении золы, обладающей высокой активностью. Прочность бетона уменьшается при использовании в качестве добавки глины и молотого песка, которые при температуре 80—90°С почти не проявляют активности3.

Различие требований к дисперсности каменноугольных и буроугольных зол обусловлено их фазовым составом. В буроугольной золе активными компонентами являются аморфизованное глинистое вещество и шлакозольное стекло, а в каменноугольной — шлакозолыюе стекло. Пуццоланическая активность глинистого вещества выше, чем каменноугольного шлакозольного стекла, поэтому для достижения равной прочности бетонов при одинаковом с вещественном составе дисперность каменноугольных зол должна быть выше.

Для повышения дисперсности золы применяют обычно сухой помол. Однако для сухого помола требуется предварительная подсушка золы, процесс длителен и требует значительного расхода электроэнергии. Кроме того, необходимо пылеосадительное оборудование. Более целесообразным является мокрый помол. При этом отпадает необходимость в подсушке золы и устройстве пылеосадительных систем.

В опытах (табл. 2) зола ТЭЦ-16 подвергалась мокрому помолу в течение 10 мин сухим и мокрым способами при различном водотвердом отношении, а затем вводилась в цементно-песчаную смесь состава 1:0,6:4,4 по массе подвижностью 105—110 мм расплыва конуса. Одновременно проба шлама высушивалась и определялась удельная поверхность золы.

Как видно, при мокром помоле при правильно подобранном водотвердом отношении достигается дисперсность золы в 1,5 раза выше, чем при сухом (соответственно 3100 и 4500 см2/г). Помол целесообразно проводить при водотвердом отношении, равном 0,4—0,6. Повышение дисперсности золы увеличивает как прочность бетона сразу после термообработки, так и прирост прочности к 28-суточиому возрасту. Так, при дисперсности золы 1200 см2/г прочность бетона после термообработки возросла на 25%, а при дисперсности 4500 см2/г на 40%. Аналогичная картина имеет место и при анализе данных, представленных в табл. 3.

Таким образом, (при введении золы оптимальной дисперсности в количестве 150—200 кг/м3 в цементно-песчаные смеси при расходе цемента 330—350 кг на Им3 бетона прочность бетона после тепловлажностной обработки достигает 240—310 кгс/см2, а после тепловлажностной обработки и выдержки в течение 28 сут — 330—400 кгс/см2, т. е. обеспечивается получение бетона марки 300. Следует отметить, что предельный расход цемента М-400 для обычного тяжелого бетона марки 300 при равной подвижности смесей по СН 386-74 установлен 340 кг на 1 м3 бетона.