Вяжущие материалы на основе торфяных зол —
Электростанции, работающие на торфе, ежегодно сбрасывают в отвалы до 3 млн. т золы и шлаков. В последние годы, в связи с переходом наиболее крупных электростанций на пылевидное сжигание торфа, основная масса отходов получается в виде тонкодисперсной золы.
Многие работы по изучению возможностей испопьзования торфяных зол для нужд промышленности строительных материалов, проводившиеся до «их пор, ограничивались в основном физико-меха- пическими испытаниями сырья, не раскрывая всех имеющихся в этой области резервов.
Химический состав торфяных зол весьма неодинаков. Это обусловлено существенными различиями в сооставе минеральной части торфов различных месторождений и залеганий. Низинные торфа, например, богаты окисью кальция, а верхние — кремнеземом. Сумма окислов CaO+Si02 обычно 70%. Колебания в химическом составе смолы, получаемой от сжигания торфа одного месторождения, незначительны.
Существенное влияние на свойства кроме ее химического состава, оказывает режиме сжигания топлива, а также способ улавливания Удаления золы. Лучшими свойствами обладают от сжигания торфа в измельченном состоянии при 1000—1150° и сухом способе золоудаления. В этих условиях содержание несгоревшеи органической части в золе обычно не превышает 5%,.
Известно, что многие металлургические шлаки (доменные, мартеновские и др.), несмотря на высокое содержание окиси кальция (30—50) лишь в незначительной мере проявляют свои вяжущие свойства при обычных условиях твердения или вовсе не обнаруживают этих свойств. Происходит это потому, что в их состав входят преимущественно гидравлически инертные в данных условиях минералы. В результате ранее проведенных исследований (А- В. Волженский, Д. С. Буров, Е. С. Силаенков, Б. В. Сысоев и др.) были выявлены вяжущие свойства, проявляемые подобными шлаками при автоклавном твердении. Это послужило основанием для изучения вяжущих свойств других минеральных отходов металлургической, энергетической и химической отраслей промышленности в частности, торфяных зол при водотепловой обработке.
Для исследований были взяты золы пят;: электростанций Пробы отбирались из золоулозительных устройств котлов, работающих на измельченном топливе. В химическом составе этих зол. представленном в табл. 1, содержание некоторых компонентов (Alj03. Fe203, Р2ОБ, R20) колеблется незначительно, тогда как количество СаО и Si02 изменяется в широких .пределах. Практически особенно важно иметь в золах 10—35% окиси кальция, что определяет их гидравлическую активность при водотепловой обработке с минимальной добавкой окиси кальция или даже без добавки ее.
Фазовый состав зол изучался путем микроскопического, рентгенографического и термографического анализов. Оказалось, что торфяные золы состоят в основном из аморфизованного обжигом, оплавленного глинистого вещества и зерен кварца, почти не измененных обжигом.
Кристаллическая фаза представлена, главным образом, кварцем; кроме того, присутствуют окись кальция, двухкальциевый силикат, гематит, полевой шпат, минералы группы мелклита и, предположительно, пятикальциевый трехалюминат.
На термограммах негидратированных зол заметны эффекты при низких температурах (150—300°), показывающие наличие гидратированных минералов; после гидратации наблюдается сильное возрастание эффекта при 200—240°. Во всех пробах содержатся органические примеси, выгорающие в интервале 250—500°. Превращению кварца соответствует эффект при 600°. На термограммах зол Вильнюсской и Кировской электростанции заметны эффекты дегидратации гидрата окиси кальция- Во всех пробах присутствует карбонат кальция, разложение которого сопровождается эффектами при 776—885° (рис. 1).
Фазовый химический анализ торфяных зол по методике, разработанной С. М. Рояком, Э. И. Нагеровой и Г. Г. Корниенко, показал, что основная часть окиси кальция присутствует в золах в виде силикатов и алюминатов кальция; эти соединения легко гидратируются.
Изученные нами торфяные золы не обладают свойствами кислых активных гидравлических добавок — поглощение окиси кальция ими не превышает 30 мг/г.
Торфяные золы можно разделить на две основные группы. К первой следует отнести золы Кировской и Вильнюсской электростанций, способные самостоятетьно проявлять вяжущие свойства. Они отличаются высоким содержанием окиси кальция (25—40%) Ко второй группе относятся те из зол с меньшим содержанием Са02, вяжущие свойства которых проявляются только при добавке извести (Минская. Горьковская, Ярославская электростанции)
Для выяснения вопроса о долговечности бетонов, приготовленных на торфозольном вяжущем, были проведены определения воздухостойкости. морозостойкости и линейных деформаций образков при увлажнении и высушивании. О воздухостойкости вяжущих можно судить по изменению прочности образцов при длительном хранении их в водушно-сухих условиях, а также при многократном переменном водонасыщении и высушивании (рис. 3).
Вяжущие, полученные из торфяных зол первой группы, обладают надежной воздухостойкостью. В случае использования золы второй группы необходимая воздухостойкость может быть достигнута при добавке извести в количестве 30% от веса вяжущего.
Образцы, изготовленные на торфозольном вяжущем, набирают достаточную прочность при длительном хранении в воздушно-сухих условиях. Прочность изделий, обработанных в автоклаве, после 6-месячного хранения увеличивается на 35% против первоначальной и твердевших в комнатных условиях — на 47%.
Линейные деформации торфозольных мелкозернистых бетонов при сушке и насыщении водой определялись на призмах 3x3x20 см, изготовленных вибрированием из полужестких смесей при расходе 450 кг вяжущего на 1 м3 бетона. Измерение длины производилось с точностью 0,002 мм. За начальную длину принимались показатели, полученные после 2-суточного хранения в воде при температуре 20°. После водного хранения образцы высушивали в течение 48 час- при 110° и охлаждали в течение 24 час. в герметическом сосуде, после чего взвешивали и измеряли.
Линейные деформации мелкозернистого бетона на торфозольном вяжущем зависят в основном от способа твердения. Усадка бетона автоклавного твердения составляет около 0,25, пропаренного 0,5 и твердевшего при обычных температурах 1,0 мм/м. При тех же условиях усадка бетона, изготовленного на портландцементе, составляет 0,395 для образцов, подвергнутых пропариванию, 0,360 мм/м — для твердевших в обычных условиях.
Мелкозернистые бетоны на торфозольном вяжущем обладают достаточной морозостойкостью. Образцы песчаного бетона автоклавного твердения при расходе вяжущего 450 кг на 1 м3 бетона выдержали 25 циклов замораживания и оттаивания. После испытаний ни внешних повреждений, ни значительного снижения прочности и веса не обнаружено. Образцы, подвергнутые пропариванию, прошли 15 циклов испытаний без внешних повреждений при расходе 600 кг вяжущего на 1 м3 бетона. После 3-месячного хранения на воздухе
Проведенные опыты показали, что золы от пылевидного сжигания торфа обладает ценными вяжущими свойствами. Одна группа этих зол содержит 25% и больше окиси кальция и поэтому может быть использована в качестве самостоятельных вяжущих веществ. Добавка хлористого кальция и гипса обеспечивает равномерность изменения объема. Другая группа торфяных зол (с пониженным содержанием окиси кальция) проявляет вяжущие свойства только при добавке извести и двуводного гипса а — образцы автоклавного твердения, б — пропаренные; 1 — вяжущее из золы Вильнюсской ТЭЦ. 2 — то же. Минской, 3 — то же. Горьковской. 4 — го же. Ярославской. 5 — то же. Кировской ТЭЦ
Результаты исследований подтвердились заводскими опытами. На Вильнюсском заводе силикатного кирпича выпущена партия кирпича с использованием торфяной золы городской ТЭЦ- Сырец с добавкой торфяной золы (зола : известь — 1:1) отличается достаточной прочностью, а полученный после автоклавной обработки кирпич удовлетворяет требованиям ГОСТ на изделия марки 150.
На том же заводе с применением торфозольного вяжущего изготовлены газосиликатные перегородочные плиты. Формовочная смесь состояла из 90% торфяной золы, 10% извести (около 90 кг/м3) и 5% двуводного гипса. Прочность газозо- лооиликата (объемный вес 950 кг/м3) составляла 45—50 кг/см2. На вяжущем такого же состава были изготовлены золопесчаные стеновые блоки размером 0,8X0-4X0,16 м. Пhb расходе 550 кг вяжущего на I м3 бетона прочность его составляла 220—250 кг/см2.
На торфяной золе Кировской ТЭЦ изготовлены автоклавные армированные плиты перекрытия. К золе добавляли 3% гипса. Прочность бетона при расходе 450 кг вяжущего на 1 м3 изделий достигала 250 кг/см2.
Стеновые золопесчаные камни типа «Крестьянин» были изготовлены также на торфяной золе Петрашунайской ГРЭС. После вызревания при обычных условиях они показали прочность 20 кг/см2 (брутто) и выдержали без разрушения 15 циклов замораживания и оттаивания.
Результаты исследований и экспериментальных работ говорят о том, что в первую очередь следует использовать торфяные золы, обладающие самостоятельными вяжущими свойствами, например, Кировской и Вильнюсской ТЭЦ. Расходы на производство таких вяжущих в основном связаны с помолом золы. По предварительным расчетам стоимость вяжущего, получаемого из торфяных зол первой группы (без добавки извести или с вводом ее до 10%), составляет 30—40 руб. за 1 г, з при использовании зол второй группы (с добавкой 20—30% извести)—40—60 руб.
Как показывают подсчеты, при полном использовании торфяной золы электростанций можно заменить ею до 1,5 млн. т извести, экономя при этом до 75 млн. руб.