Строительные материалы

Стройматериалы из отходов

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Золошлаковое сырье может применяться для изготовления заполнителей как тяжелых, так и легких бетонов. Пористыми заполнителями для легких бетонов служат: шлаки от сжигания антрацита, каменного и бурого углей, торфа и сланцев; золы, щебень и песок из топливных шлаков, аглопорит на основе золы ТЭС, зольный обжиговый и безобжиговый гравий, глинозольный керамзит.

Золошлаковые заполнители. Свойства зол и шлаков зависят от способа сжигания и вида топлива. Оптимальную пористую структуру антрацитовых и каменноугольных шлаков получают при кусковом сжигании, а у шлаков бурого угля — при пылевидном. Недостатком пылевидного сжигания или переработки в газогенераторах антрацита и каменных углей является то, что эти процессы приводят к чрезмерному спеканию и получению в результате этого плотных и тяжелых заполнителей.

По зерновому составу шлак представляет собой механическую смесь зерен крупностью 0,14—30 мм с отдельными включениями более крупных частиц, поэтому ее можно рассматривать как естественную смесь мелкого и крупного заполнителей. В связи с этим шлаки ТЭС целесообразно применять в легких и тяжелых бетонах в качестве основного заполнителя, для частичной замены щебня (20—50%), а также для улучшения гранулометрического состава песков.

Все топливные шлаки можно классифицировать на основные, кислые и нейтральные. Шлаки каменных углей в основном кислые. Шлаки некоторых бурых углей и сланцев, содержащие до 40% СаО и повышенное количество оксидов железа, относятся к основным. Наименее кислыми являются антрацитовые шлаки.

Вредными компонентами шлаков, вызывающими при повышенном количестве разрушение бетона, являются сульфаты и сульфиды. Общее содержание сернокислых и сернистых соединений в пересчете на S03 в топливных шлаках не должно превышать 3% массы, в том числе не более 1% водорастворимых сульфатов и 1% сульфидов. Недопустимо также присутствие в шлаках ТЭС свободного оксида кальция, гашение которого в затвердевшем бетоне может послужить причиной его разрушения.

Так же, как и металлургические, шлаки ТЭС должны быть устойчивы против силикатного и железистого распада. Стойкость против силикатного распада определяют пропариванием и автоклавной обработкой пористого щебня, а железистого — 30-дневным выдерживанием в дистиллированной воде. Потеря массы испытываемых проб не должна превышать 5%.

Для предотвращения распада топливные шлаки рекомендуется применять после длительного (3—6 месяцев) вылеживания в отвалах, в результате чего в них гасится свободный оксид кальция, частично выщелачиваются растворимые соли и окисляются топливные остатки. При применении шлаков в бетонах целесообразно их обогащать, отсеивая мелкие фракции, содержащие наибольшее количество несгоревшего угля и других вредных примесей.

Насыпная плотность топливных шлаков составляет 600—1000 кг/м3, средняя плотность зерен — 1500—2000 кг/м3. Пористость шлаков обычно колеблется от 40 до 60%, морозостойкость достигает до 50 циклов и более. Оптимальные структуру и физико-механические свойства имеют антрацитовые шлаки, буроугольные — менее применимы.

В отличие от щебня из природного камня шлаковый щебень практически не содержит лещадных и игловатых зерен, глинистых и других вредных примесей, и при использовании в качестве заполнителя в бетонах такой щебень, как свидетельствуют результаты исследований, обеспечивает прочностные характеристики до 30 МПа (табл. 3.7).

Мелкий заполнитель в тяжелых и легких бетонах частично или полностью может быть заменен золой. При изготовлении конструктивно-теплоизоляционных легких бетонов классов В2,5—В7,5 зола, используемая в качестве песка, должна иметь насыпную плотность до 1100 кг/м3 и включать зерна размером менее 0,14 мм в количестве не более 90% массы. Содержание коксовых остатков в золе, полученной при сжигании каменного угля и антрацита, должно быть не более 12%, бурых углей—не более 5%.

Установлено, что на долговечность бетона при использовании зол оказывает влияние, главным образом, состав топливных остатков, стойкость которых к окислению и воздействию влаги зависит в свою очередь от минералогического состава исходного угля.

Несгоревшие частицы угля представлены, в основном, в виде остатков кокса и полукокса. Отрицательные свойства этих топливных остатков сказываются в незначительной степени, так как кокс и полукокс стойки к окислению на воздухе и поглощают мало влаги, а поэтому мало подвержены объемным изменениям при попеременном увлажнении и замораживании. Определение качественного состава остатков несгоревшего топлива дает возможность оценить целесообразность применения золы как мелкого заполнителя бетона.

В немалой степени свойства бетона зависят от влажности зол и содержания в них сернистых и сернокислых соединений. Количество последних в перерасчете на S03 не должно превышать 3% по массе (в том числе сульфидной серы в перерасчете на S03 не более 1%). Влажность не должна превышать 35% по массе. Для получения долговечного золобетона для армированных легкобетонных конструкций золы ТЭС должны также содержать пониженное количество глинистых частиц при повышенном содержании стеклофазы (не менее 50—60%).

Свойства бетона в значительной степени зависят от гранулометрического состава заполнителей. Оптимальным для легких бетонов является соотношение 1:1 между крупной (более 0,3 мм) и мелкой (менее 0,08 мм) фракциями золы. Хорошие прочностные показатели бетона достигаются при использовании зол, у которых соотношение между крупной и мелкой фракциями не превышает 1:2,5, а содержание частиц средней фракции составляет 50%.

Применение в бетонах золы-уноса позволяет заменять как часть песка, так и часть цемента. Количество вводимой в состав бетона золы может достигать150—250 кг/м3 и более. При выборе возможного содержания золы в бетоне следует учитывать воздействие золы на свойства бетонной смеси. В зависимости от содержания золы влияние ее на водопотребность может быть несущественным или значительным. Так, если введение в состав бетона до 70—90 кг золы дисперсностью 3000—4500 см2Д практически не сказывается на водопотребности бетонной смеси, то дальнейшее увеличение содержания золы вплоть до 300 кг на 1 м3 бетона приводит к увеличению водопотребности бетонной смеси на 5—6% на каждые 50 кг дополнительно вводимой золы.

Золобетоны можно получать с широким диапазоном свойств: по прочности на сжатие — 0,5—40 МПа, средней плотности — от особо легких (р0 < 1000 кг/м3) до тяжелых (р0 = 1800—2000 кг/м3). Их получают как на портландцементе, так и на бесклинкерных вяжущих в условиях обычного и автоклавного твердения. Плотный золобетон характеризуется высокими значениями прочности на изгиб и дефор-мативных характеристик (предельной сжимаемости и ползучести).

Недостатками плотных золобетонов являются значительное водо-поглощение, а также усадка, которая при твердении образцов на воздухе составляет до 2—3 мм/м. Для уменьшения водопоглощения рекомендуется вводить в смесь тонкомолотые добавки, снижающие пористость золобетона, например гранулированный шлак. Усадка снижается при автоклавной обработке и введении в массу до 30% крупных пористых заполнителей или песка, а также применением жестких смесей.

На приготовление золобетона классов В2,5—В12,5 со средней плотностью 1000—1600 кг/м3 при безавтоклавном твердении расходуется 200—400 кг/м3 цемента, в зависимости от свойств исходных компонентов и технологии изготовления изделий. Запаривание золобе-тонных изделий в автоклавах позволяет в 1,5—2 раза снизить расход вяжущего и частично (или полностью) заменить цемент известью.

Более широкое применение находит зола как мелкий заполнитель в производстве керамзитобетонов. Для обеспечения плотной структуры этих материалов в песчаной фракции должно содержаться 40—50% по массе частиц размером менее 0,15 мм. В связи с дефицитом керамзитового песка многие заводы при изготовлении конструктивно-теплоизоляционных легких бетонов применяют обычный кварцевый песок, что приводит к утяжелению керамзитобетонов до 1400—1600 кг/м3 и соответственно к снижению термического сопротивления стен. Применение золы в керамзитобетонах в количестве 180—200 кг/м3, а для однофракционного керамзита и в больших количествах, улучшает технологические свойства легкобетонных смесей и способствует получению плотной структуры бетона.

Полная замена мелкого заполнителя золой наиболее целесообразна в конструктивно-теплоизоляционных легких бетонах. Оптимальное содержание золы в конструктивно-теплоизоляционном керамзитобе-тоне составляет 300—450 кг/м3. Дальнейшее увеличение ее содержания повышает среднюю плотность легкого бетона. При изготовлении легких конструктивных бетонов добавка золы в количестве до 100 кг на 1 м3 бетона может служить микронаполнителем.

Возможно применение в бетонах рядовых классов наряду с золой и шлаками и золошлаковой смеси отвалов ТЭС. Золошлаковую смесь целесообразно использовать в качестве основного заполнителя бетонов, для частичной замены щебня (20—50%) и песка (40—100%), а также для улучшения гранулометрии мелких песков.

Производственный опыт показал, что применение золошлаковых смесей в качестве основного заполнителя бетона более экономично, поскольку шлаковые фракции, заменяя часть мелкого песка и щебня, улучшают зерновой состав, а пылевидная зола, играя роль активного микронаполнителя, улучшает пластичность бетонной смеси, повышает коэффициент эффективности использования цемента. Это позволяет применить значительную часть золошлакового сырья, сосредоточенного в отвалах.

При введении золошлаковых смесей в бетоны применяются смеси с довольно широкими границами изменения гранулометрии. Однако оптимальными являются смеси, в состав которых входит 16—30% пылевидной золы — уноса. Общее содержание золошлаковой смеси должно быть в пределах 230—330 кг на 1 м3 бетона.

При прочих равных условиях средняя плотность бетона на золошлаковой смеси на 130—150 кг/м3 меньше, чем на гранитном щебне. Для бетона, например, на золошлаковой смеси, полученной при сжигании донецких углей, характерны следующие физико-механические свойства: прочность при сжатии — до 35 МПа; растяжении — 2,3 МПа; модуль упругости — 24,1 МПа; морозостойкость — 150 циклов; усадка — 0,6—0,7 мм/м.

Гранулированный топливный шлак. Химический состав гранулированных шлаков, полученных из одного и того же топлива, но с применением различных способов удаления, несколько различается. В топках топливо сжигают в условиях избытка воздуха, т. е. в слабо окислительной среде, в результате чего в кусковых шлаках образуются соединения трехвалентного железа. При жидком шлакоудалении ион Fe3+ восстанавливается до Fe2+ вследствие непосредственного взаимодействия Fe203 с углеродом.

Гранулированные шлаки от сжигания каменного угля характеризуются практически полным выгоранием органической части и переходом соединений железа в двухвалентное состояние. Буроугольные шлаки содержат повышенное количество глинозема или оксидов кальция при значительно меньшем количестве оксидов железа. Сланцевые шлаки являются высококальциевыми, в них больше сульфатов, чем в шлаках от сжигания каменных или бурых углей.

Гранулированные шлаки устойчивы к силикатному и железистому распаду, не вступают в реакцию с оксидами щелочных металлов в цементе, несмотря на наличие в них значительного количества аморфного Si02.

Растворимый кремнезем предопределяет пуццолановый характер взаимодействия шлаковых зерен с цементным камнем. Реакционная способность повышается с увеличением количества СаО в стеклофазе и снижается при увеличении количества Fe203.

Гидравлическая активность топливных гранулированных шлаков, выраженная количеством поглощенной извести, составляет 20-—30 мг/г.

Непосредственное влияние на гидравлическую активность шлаков имеет их фазовый состав. Структура зерен шлака зависит от условий охлаждения. Так, шлаковые зерна, полученные при непосредственном попадании расплава в воду, т. е. при отсутствии условий кристаллизации, состоят из однородного алюможелезистосиликатного стекла. В воздушных условиях шлаковый расплав характеризуется более медленным режимом охлаждения, что способствует образованию зародышей кристаллов, вследствие чего структура шлака отличается закри-сталлизованностью.

Гранулированные шлаки от сжигания углей с низкокальциевой минеральной частью относятся к труднокристаллизующимся даже при относительно медленном охлаждении, содержат не более 10—15% кристаллических компонентов.

Физико-механические характеристики шлака, его структура зависят от вида сжигаемого топлива и способа его удаления. Среди общей массы шлака можно выделить плотные и пористые зерна с различным количеством открытых и закрытых пор. Средняя плотность таких зерен может колебаться от 2,6 до 1,5 г/см3, в редких случаях встречаются зерна со средней плотностью до 1 г/см3. Истинная плотность шлака в основном 2,3—2,7 г/см3, насыпная находится в пределах 1100-1700 кг/м3.

Гранулированный топливный шлак характеризуется широким разнообразием формы и рельефа поверхности отдельных гранул. Преобладающей является кубообразная, призматическая и остроугольная форма его зерен. Важной положительной особенностью гранулированных шлаков по сравнению с заполнителями из горных пород является значительное содержание зерен с высокоразвитым микрорельефом. Анализ зерен шлаков под микроскопом показывает, что в крупных зернах шлака часто встречаются поры диаметром 1—3 мм и более, а также поверхностные раковины. Это наряду с гидравлической активностью шлака служит фактором, несомненно способствующим увеличению его сцепления с цементным камнем.

Важнейшими особенностями гранулированных топливных шлаков как заполнителей бетона являются сравнительно большая прочность шлаковых зерен (образцы — кубики с размером ребра 2 см имеют прочность 120—140 МПа; повышенная макро- и микропористость (до 13%)); развитая поверхность зерен и, вследствие этого, повышенная водопотребность (9—11%); отсутствие глинистых, илистых и других вредных примесей, а также игловатых и лещадных зерен.

Механические характеристики топливных гранулированных шлаков позволяют получить бетон классов до В40.

Морозостойкость стекловидных шлаков довольна высока и допускает изготовление разнообразных бетонов для высокодолговечных строительных конструкций. Шлаки практически не содержат компонентов, которые могут снижать защитные свойства бетона или придавать ему агрессивность по отношению к арматуре.

В соответствии с ГОСТ содержание зерен, проходящих через сито с сеткой № 0315, должно быть для фракционированного щебня не более 5% по массе, для шлакового песка — не более 20% и для рядового несортированного шлака — не более 10%.

В ряде исследований установлено, что гранулированный топливный шлак оказывает существенное влияние на реологические и технологические свойства бетонных смесей. Отмечается, что бетонные смеси с шлаковым заполнителем имеют лучшую удобоукладываемость по сравнению с бетонами на природных заполнителях. Предлагается применять топливный гранулированный шлак для литых бетонных смесей, транспортируемых бетононасосами, производительность которых увеличивается благодаря тому, что пробки в них возникают в 4 раза реже. Однако, стекловидная поверхность шлака, обладающая малой водоудерживающей способностью (3—4%), способствует водо-отделению бетонной смеси в бетонах высокой подвижности даже при повышенных расходах цемента.

Установлено, что бетоны на топливных гранулированных шлаках отличаются по структуре и свойствам от бетонов на природных заполнителях. Плотная структура шлакобетона, большая площадь поверхности гранулированного шлака, хорошее сцепление заполнителя с цементным камнем придают бетону хорошие прочностные и дефор-мативные свойства. Разрушение бетона на граншлаке ТЭС проходит частично по растворной части и частично по шлаку, в отличие от бетона на гранитном щебне. Такой характер разрушения свидетельствует об однородности бетона, прочном сцеплении заполнителя с растворной частью. Физико-химическими исследованиями установлено, что прочность сцепления шлака с цементным камнем обусловлена не только адгезией за счет рельефа поверхности зерен, но и в значительной степени химическим взаимодействием цементного камня и заполнителя. Образуемая в зоне контакта пленка новоообразований (низкоосновные гидросиликаты кальция) является оболочкой, которая обволакивает зерна заполнителя, улучшает сопротивление бетона внешним воздействиям.

Более интенсивно взаимодействие гранулированного шлака с цементом протекает при тепловлажностной обработке бетона. В связи с этим сразу после пропаривания прочность шлакосодержащего бетона составляет около 80% от марочной, а спустя 28 суток она на 10— 15% превышает прочность бетона, твердевшего в нормальных условиях.

При проведении сравнительных испытаний бетона со шлаковым и гранитным заполнителями на прочность при растяжении методом раскалывания были получены практически одинаковые результаты. Исследования призменной прочности, начального модуля упругости, предельных относительных деформаций, а также деформаций усадки и ползучести позволили сделать вывод о том, что деформативные свойства шлакобетона также можно приравнять к свойствам тяжелого бетона на щебне из природных материалов.

Замена природных заполнителей топливным гранулированным шлаком снижает расход цемента за счет улучшения гранулометрии смеси заполнителей, а также упрочнения контактной зоны между шлаком и цементным камнем, обеспечивая снижение общих энергетических и трудовых затрат на единицу продукции. Расход цемента снижается на 4—6% на 1 м3 бетона. Экономический эффект зависит от стоимости шлака и природных заполнителей в конкретных условиях производства.

К настоящему времени накоплен определенный опыт применения гранулированных топливных шлаков в качестве заполнителей бетона. Большинство из них пригодно для приготовления бетонов различных классов и назначения.

Аглопорит. Топливные шлаки и золы являются лучшим сырьем для производства аглопорита — искусственного пористого заполнителя. Это обусловлено, во-первых, способностью золошлакового сырья так же как глинистых пород и других алюмосиликатных материалов спекаться на решетках агломерационных машин; во-вторых, содержанием в нем остатков топлива, достаточных для процесса агломерации. При использовании обычной технологии аглопорит получают в виде щебня и песка. Из зол ТЭС можно получать также аглопоритовый гравий, имеющий высокие технико-экономические показатели.

Технология получения искусственных пористых заполнителей методом агломерации состоит из следующих основных операций: подготовки компонентов смеси; приготовления шихты (гранул); термической обработки на агломерационной решетке; дробления (при производстве аглопоритового щебня); сортировки готового продукта.

При производстве аглопоритового щебня золу или молотый шлак увлажняют связующей добавкой, в качестве которой берут глиняный шликер или раствор технического лигносульфоната. Полученную шихту подают в гранулятор, где она доводится до влажности 20—35% и окомковывается. Соблюдение оптимальной влажности шихты необходимо для создания гранул определенной крупности и прочности, а также для обеспечения нормального аэродинамического сопротивления слоя на колосниковой решетке. Шихта спекается на ленточных агломерационных машинах, представляющих собой непрерывно движущийся конвейер из тележек-палет, имеющих в основании колосниковую решетку. Проходя под горном, шихта зажигается, а затем, продвигаясь над вакуум-камерами, за счет прососа воздуха и повышения температуры до 1200—1300 °С, поризуется и спекается.

 Спекшийся корж подвергают двухступенчатому дроблению и фракционируют на щебень и песок.

Разработана и применяется технология производства аглопорито-вого гравия из золы ТЭС ( 3.2), особенность которой состоит в том, что в результате агломерации сырья образуется не спекшийся корж, а обожженные гранулы. Сущность технологии производства аглопоритового гравия заключается в получении сырцовых зольных гранул крупностью 10—20 мм, укладке их на колосники толщиной 200— 300 мм ленточной агломерационной машины и термической обработке. Горн агломерационной машины состоит из двух секций — подсушки и зажигания. Слой гранул сначала подсушивается и подогревается, а затем производятся зажигание и обжиг. Благодаря высокой газопроницаемости шихты, сквозь слой просасывается большое количество воздуха, в результате чего создается окислительная среда, и гранулы между собой не спекаются. Аглопоритовый гравий рассеивают на фракции, образующиеся спеки дробят, а затем также рассеивают на фракции.

Разработанная технология предусматривает возможность использования сухой золы-уноса, золы из отвалов ТЭС, а также водозольной суспензии, образующейся при гидротранспорте золы в отвалы.

Зола для аглопорита должна соответствовать таким требованиям: насыпная плотность — 700—900 кг/м3; плотность — 2,2—2,4 г/см3; удельная поверхность — не менее 2000 см2/г; Si02 — 55 ± 10%; А1203 25 ± 10; Fe203 - 10 ± 8; СаО + MgO - до 12; Na20 + К20 - до 5; S03 - до 3%. Содержание невыгоревших частиц зависит от вида золы и при температуре размягчения до 1200 °С оно допускается до 10%, а свыше 1400 °С — до 15% . В зависимости от состава золы и режима тепловой обработки зольных гранул получают аглопоритовый щебень с насыпной плотностью 500—700 кг/м3 и прочностью (в цилиндре) 1,5— 5,5 МПа. Он используется для получения легких бетонов: классов В3,5—В5 с плотностью около 1000 кг/м3 при расходе цемента 200 кг/м3, классов В7,5—В15 с плотностью 1200 кг/м3 при расходе цемента 260 кг/м3, классов В22,5—В30 с плотностью 1600 кг/м3 при расходе цемента от 385 до 500 кг/м3.

При использовании золы-уноса ее подают пневмотранспортом или автоцементовозами в силосы, примыкающие к производственному корпусу цеха агломерации. В силосном складе предусмотрена возможность перемешивания золы за счет барботажа, а также перекачивания ее в расходный бункер. Используя золу из отвала, ее складируют под навесом, размещенным вблизи цеха. Затем после усреднения и разрыхления золу подают в расходные бункеры шихтосмесительного цеха.

Для использования водозольной суспензии, поступающей по зо-лопроводам непосредственно с ТЭС, разработана следующая технологическая схема. Суспензия, содержащая до 10% золы по массе, подается в сгуститель, а затем при содержании золы 50—60% — в емкости с цепными мешалками, куда поступает и предварительно приготовленный глиняный шликер. Количество добавляемой глины составляет 5—7% от массы сухой золы. Приготовленную суспензию перекачивают в пульподелитель, откуда она поступает в вакуум-фильтры. На вакуум-фильтрах происходит обезвоживание суспензии, в результате чего образуется кек-осадок, влажность которого близка к оптимальной влажности шихты, направляемой на грануляцию. В зависимости от зернового состава золы и качества глиняного шликера влажность кека-осадка может меняться в пределах 2—3%. Для корректировки влажности и снижения общего количества топлива в шихте предусмотрено введение в сырьевую смесь возврата — плохо обожженных частиц аглопорита. Для получения однородной шихты кек-осадок и возврат подают в двухвальный лопастный смеситель, где коржи кека-осадка разрушаются, а затем тщательно перемешиваются с возвратом. Далее шихту подают на тарель гранулятора, где происходит ее оксм-кование в гранулы 10—20 мм.

Для производства аглопоритового гравия используют золы с илтер-валом плавкости не менее 50—100 °С и содержанием оксидов железа не менее 4%.

Производство аглопоритового гравия, по сравнению с обычнь м производством аглопорита, характеризуется снижением расхода технологического топлива на 20—30%, низким разрежением воздуха в вакуум-камерах, а также увеличением удельной производительности в 1,5—2 раза.

Аглопоритовый гравий имеет плотную поверхность и поэтому при практически равной средней плотности со щебнем отличается от него более высокой прочностью и меньшим водопоглощением.

Применение агломерационного метода термической обработки зол при получении пористых заполнителей позволяет применять сырцовые гранулы небольшой прочности, снижать расход технологического топлива за счет использования несгоревшего угля, регенерировать тепло и использовать отходящие газы, обеспечивать высокий тепловой КПД агломерационных машин наряду с их высокой производительностью.

Золы ТЭС могут применяться не только как основное сырье, но и как топливные добавки при производстве аглопорита из глинистых пород. В состав шихты для производства аглопорита требуется до 8% высококалорийного топлива. Применение добавки золы позволяет сократить расход топлива и снизить себестоимость аглопорита.

Глинозольный керамзит и зольный гравий. Наряду с пористыми заполнителями из зол и шлаков ТЭС, получаемыми спеканием сырья на агломерационных машинах, золошлаковые заполнители изготавливают также путем обжига со вспучиванием исходного сырья. К таким заполнителям относятся глинозольный керамзит и зольный гравий.

Глинозолъный керамзит — это продукт вспучивания и спекания во вращающейся печи гранул, сформованных из смеси глин и зол ТЭС, где зола составляет 10—80% всей массы сырья.

Для производства глинозольного керамзита применяют золу, добываемую в золоотвалах от пылевидного сжигания торфа, бурого и каменных углей, и легкоплавкие глинистые породы.

Производство глинозольного керамзита может осуществляться на действующих керамзитовых предприятиях при различных методах подготовки шихты. С этой целью керамзитовые предприятия необходимо дооборудовать: закрытым складом с раздельным хранением золы и глины; дозирующими устройствами для золы, глины и добавок; механизмами для усреднения двухкомпонентной шихты.

При использовании золы в качестве добавки к глине увеличивается количество органических примесей в сырье и повышается его вспу-чиваемость. Если запасы вспучиваемого глинистого сырья ограничены, а золоотвалы находятся в непосредственной близости от заводов, то золу ТЭС целесообразно использовать в качестве основного компонента керамзитовой сырьевой смеси. Свойства глинозольного керамзита зависят от вида и соотношения в шихте глинистого и зольного компонентов.

Золы, пригодные для производства глинозольного керамзита, содержат Si02 33—57% и А1203 — 14—37%. С увеличением содержания золы и ее удельной поверхности возрастает прочность керамзита и увеличивается его средняя плотность. Дисперсность золы должна составлять не менее 1000 см2/г, содержание угля не более 10%, СаО — не более 10%, сернистых и сернокислых соединений — не более 5%. Максимальная температура плавления золы равна 1380 °С.

Максимально допустимое содержание остатков топлива в золе, пригодной для производства глинозольного керамзита, не должно превышать 17%. При избыточном количестве углерода гранулы оплавляются, и качество заполнителя ухудшается.

Введение глинистого компонента улучшает формовочные свойства шихты, способствует выгоранию остатков угля в золе, что позволяет использовать золы с повышенным содержанием несгоревшего топлива. Глинозольный керамзит производят по обычной для керамзита технологической схеме, включающей последовательное измельчение и усреднение сырья, формование гранул на дырчатых вальцах или ленточном прессе и их термическую обработку во вращающейся про-тивоточной печи. Зола смешивается с глиной в глиносмесителе с па-роувлажнением и в составе глинозольной массы поступает в перерабатывающие вальцы, а затем в агрегат для гранулирования.

Основной особенностью технологии изготовления глинозольного керамзита, помимо добычи и усреднения золы, является более тщательная подготовка сырьевой смеси. С этой целью применяют длух-стадийное перемешивание глинистой породы и золы в последовательно установленных агрегатах. Для производства глинозслъного керамзита предпочтительны золы из отвалов гидроудаления. Поиме-нение сухой золы-уноса не позволяет достичь требуемой гомоген ю-сти глинозольной шихты.

Насыпная плотность глинозольного керамзита составляет 4С0— 700 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре — 2,3—4,8 МПа, во-допоглощение—10—21%, морозостойкость — более 15 циклов.

С повышением количества золы в составе шихты увеличивается насыпная плотность и, соответственно, прочность глинозольного керамзита.

Глинозольный керамзитовый гравий и песок пригодны в качестве пористых заполнителей для легких бетонов классов от В3,5 до ВЗО. В зависимости от области применения глинозольный керамзит можно выпускать легкий, сверхпрочный, жаростойкий и стойкий к агрессивным средам.

Зольный гравий получают гранулированием подготовленной золо-шлаковой смеси или золы-уноса ТЭС с последующим спеканием и вспучиванием во вращающейся печи при температуре 1150—1250 °С ( 3.3). Подготовка золошлаковой смеси включает сушку ее в сушильном барабане отходящими газами печи и измельчение в шаровой мельнице до удельной поверхности 2500—3000 см2Д. Для получения гранулируемой смеси вводят добавку пластичной глины. Смесь гранулируют на тарельчатом грануляторе, смачивая ее водным раствором технических лигносульфонатов (ЛСТ). До поступления в печь гранулы подсушивают для упрочнения в сушильном барабане.

В исходном сырье содержание Fe203 должно быть не менее 7%, (СаО + MgO) —не более 8%. При содержании в сырье более 3% остатков топлива процесс вспучивания гранул ухудшается.

Технология зольного гравия позволяет получать заполнитель, состоящий в основном из 60% гранул размером 10—20 мм и около 30% фракции 20—40 мм.

Анализ данных таблицы показывает, что зольный гравий соответствует требованиям, предъявляемым к заполнителям для теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов. Однако ограничения по составу золошлакового сырья существенно лимитируют сырьевую базу для производства этого вида пористого заполнителя.

На основе зольного гравия могут изготавливаться также конструкционные легкие бетоны.

Гравийные зольные заполнители можно получить и без обжига, применяя различные вяжущие вещества

Технологический процесс производства безобжигового зольного гравия включает совместный помол золы или золошлаковой смеси и вяжущего или предварительное их измельчение с последующим смешиванием с вяжущим, а также приготовление гранул, их тепловую обработку и сортировку. В качестве вяжущих могут применяться портландцемент, шлакопортландцемент и гипсоцементно-пуццолановое вяжущее. При использовании цемента его содержание в сырьевой смеси составляет 10—15%, гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ) - 30—35%.

Совместный помол золы (золошлаковой смеси) и вяжущего увеличивает прочность заполнителя в результате обнажения поверхности зерен, повышения активности золы и цемента, тщательной гомогенизации смеси. Гранулы, изготовленные на портландцементе, для достижения требуемой прочности необходимо пропаривать, а изготовленные на ГЦПВ — высушивать при 70—100 °С.

Для производства безобжигового зольного гравия можно применять практически все золы и золошлаковые смеси, получаемые от сжигания различных видов углей.

Процессы твердения гравия могут быть интенсифицированы введением в смесь добавок ускорителей твердения (например, хлористого кальция, нитрит-нитрат-хлорида кальция, жидкого стекла и др.). Применение их позволяет получать заполнитель с прочностью после суточного естественного твердения 1—2 МПа. При воздействии на сырцовые гранулы углекислого газа прочность их достигает 2—3,5 МПа через 12 ч твердения.

В зависимости от вида золошлакового сырья, состава сырьевой смеси и условий твердения можно получать безобжиговый гравий прочностью 3—8 МПа при насыпной плотности 600—1100 кг/м3. Путем поризации смеси или введением в нее особо пористых заполнителей (например, перлита, вермикулита и др.) можно получать также облегченный безобжиговый зольный гравий с насыпной плотностью 350-600 кг/м3.

По физико-механическим свойствам легкие бетоны на безобжиговом зольном гравии близки к керамзито- и аглопоритобетонам.

Бетоны на безобжиговом зольном гравии характеризуются сравнительно невысоким расходом цемента (включая цемент на изготовление гравия).

Перспективными искусственными пористыми заполнителями являются гравий и песок пористые гранулитовые (шлаковый гравий), разработанные НИИСМИ (г. Киев). Насыпная плотность, прочность, коэффициент формы, теплопроводность и другие свойства пористых гранулитовых гравия и песка обеспечивают получение легкого бетона классов В3,5—В5 средней плотностью 650—900 кг/м3. Сырьем для производства этих пористых заполнителей служат шлаки ТЭС и отходы углеобогащения каменных углей, в качестве связующего компонента применяется бентонитовая глина.

Технологический процесс получения заполнителя не требует изготовления специального оборудования, а осуществляется на известных агрегатах, скомпонованных в технологическую линию, которая включает следующие переделы: сушка и дозировка исходных материалов; смешивание, совмещенное с измельчением сырьевой смеси, и грануляция; сушка и сортировка сырцовых гранул; обжиг в короткой прямоточной вращающейся печи.