Использование пеносиликата Из золошлаковых отходов Для производства безобЖигового кирпича
При сжигании бурых углей на ГРЭС, ТЭЦ, котельных образуется огромное количество золошлаковых отходов. При рациональной переработке они могли бы заменить часть сырья, используемого в строительном комплексе.
Причины, препятствующие решению этой проблемы, заключаются в нестабильности фазового состава зол, высоком содержании в них свободного оксида кальция и несгоревшего угля.
Связать свободный оксид кальция и снизить содержание несгоревшего угля можно, используя способ термоактивирования золы посредством расплава с последующим охлаждением в режиме термоудара [1, 2]. При охлаждении расплава в режиме термоудара в зависимости от среды охлаждения образуется два различных типа материалов. При выливании в воду получается пористый, аморфный материал бело-серого цвета, иногда с фиолетовым оттенком. Этот материал обладает следующими характеристиками:
Средняя плотность, кг/мЗ,
TOC o "1-3" h z не более........ 300
Прочность при сжатии, МПа,
Не более........ 0,15
Гористость, % 30-80
При охлаждении на воздухе образуется стекловидный рентгено - аморфный материал (пеносиликат), который может быть успешно использован в качестве исходного сырья для производства керамических материалов и изделий, в частности кирпича.
Нами разработана технология получения как обжигового, так и безобжигового строительного кирпича на основе термоактивированной золы, полученной при охлаждении расплава в воде. В статье изложены результаты исследований по получению безобжигового кирпича на основе пеносиликата и связуюших добавок.
Лля исследований использован пеносиликат, в качестве связуюших добавок - портландцемент марки 400 у, алюминатные добавки (табл. 1).
Исследования проводились на образцах длиной 250 мм, шириной 120 мм, толщиной 65 мм и плотностью 1500 кг/м3.
Установлено, что независимо от состава шихты влажность ее с учетом первоначальной прочности кирпича не должна превышать 15% (табл. 2). При повышении влажности свыше 20£ при прессовании шихты отмечается водоотделение и расслоение кирпича.
Согласно ГОСТ 379-79 «Кирпич и камни керамические» толщина кирпича должна состаалять 65±2 мм. Давление прессования, которое обеспечивает получение кирпича стандартных размеров, находится в пределах 250—300 кг/см2 и в среднем составляет 275 кг/см2 (табл. 3).
При этом первоначачьная прочность при сжатии кирпича будет находиться на уровне 4 МПа. При повышении давления прессования свыше 300 кг/см2 кирпич начинает расслаиваться с водоотделением.
Безобжиговый кирпич, полученный прессованием шихты на основе одного пеносиликата, после Таблица 1
Материалы |
Na20 |
А1203 |
Fe203 |
SiCb |
So3 |
К2о |
ТЮ2 |
СаО |
Содержание, %
MqO
Таблица 2 |
Таблица 3 |
Таблица 4 |
|||||||||
Состав шихты, % |
Предел |
Давление |
Влажность |
Толщина кирпича, мм |
Состав шихты, % |
Предел |
|||||
Термоактивная зола |
Вода (сверх 100%) |
Прочности |
Прессо |
Прочности |
|||||||
Цемент |
При сжатии, МПа |
Вания, кг/см2 |
Шихты, % |
Пеносиликат |
Цемент |
При сжатии, МПа |
|||||
100 |
0 |
5 |
1 |
200 |
15 |
68 |
100 |
0 |
1,9 |
||
100 100 100 |
0 0 0 |
10 15 20 |
1,6 1,9 17 |
250 300 |
15 15 |
65 63 |
95 90 |
5 10 |
2 2,5 |
||
80 80 |
20 20 |
5 10 |
2,8 3,2 |
350- |
15 |
61 |
85 80 |
15 20 |
3 3,6 |
||
80 |
20 |
15 |
3,8 |
400' |
15 |
59 |
75 |
25 |
4,4 |
||
80 |
20 |
20 |
3 |
" Расслоение кирпича |
70 |
30 |
4,6 |
Термоактивная зола Алюминатная добавка No 1 Алюминатная добавка N° 2 Алюминатная добавка Ns 3 |
Естественного высыхания имеет недостаточную прочность при сжатии. Поэтому для повышения прочности кирпича целесообразно введение в его состав цемента в количестве до 20%, что приводит к повышению первоначальной прочности в 1.9 раза (табл. 4) и обеспечивает получение кирпича марки 300 после 20 сут хранения (см. рисунок).
Снизить расход цемента без ухудшения прочностных показателей кирпича возможно путем использования различных добавок-активиза- торов гидравлического твердения, в частности алюминатной добавки, содержащей смесь аморфного алюмината кальция (12Са0:7А120з; 11СаО:7АЬ03; CaF2: 3CaO:Al2Oj) с неорганическим сульфатом (гипс, ангидрид, сульфат натрия), взятых в соотношении 1:0,5 — 1:1.5 (по массе).
Состав шихты, % |
Предел прочности при сжатии МПа |
||||
Пеносиликат |
Цемент |
Алюминатная добавка |
|||
№ 1 |
№2 |
№3 |
|||
100 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1,9 |
80 |
20 |
0 |
0 |
0 |
3,6 |
80 |
15 |
5 |
0 |
0 |
3,9 |
80 |
10 |
10 |
0 |
0 |
4 |
Во |
5 |
15 |
0 |
0 |
4,2 |
80 |
0 |
20 |
0 |
0 |
3,5 |
80 |
15 |
0 |
5 |
0 |
3,8 |
80 |
10 |
0 |
10 |
0 |
3,9 |
80 |
5 |
0 |
15 |
0 |
4,1 |
Во |
0 |
0 |
20 |
0 |
3,1 |
80 |
15 |
0 |
0 |
5 |
5 |
80 |
10 |
0 |
0 |
10 |
5,3 |
80 |
5 |
0 |
0 |
15 |
4,5 |
80 |
0 |
0 |
0 |
20 |
3,7 |
" Влажность шихты 15% |
Результаты физико-механических испытаний (табл. 5) показывают, что алюминатная добавка независимо от своего состава способствует повышению первоначальной прочности кирпича как на основе смеси пеносиликата и цемента, так и на основе одного пеносиликата. При этом наибольший прирост прочности обеспечивает алюминатная добавка N9 3. В целом же применение алюминатной добавки в оптимальном количестве (5—15 мае. % в зависимости от состава добавки) обеспечивает получение безобжигового кирпича с прочностью 19—32 МПа. Кроме того, следует отметить, что действие добавки.
Полченной в кристаллическом состоянии, менее эффективно по сравнению с добавкой, полученной в аморфном состоянии.
Как известно, цемент твердеет во времени, поэтому при получении безобжигового кирпича действие цемента на первоначачьную прочность последнего будет определяться его сроками схватывания. Экспериментом доказано, что для шихты, содержащей 20% цемента, оптимальным временем выдерживания является 6—7 ч; при этом первоначальная прочность кирпича возрастает ка 0,9 МПа, для шихты с 10% алюминатной добавки № 3 — на 1 ч, прочность кирпича при этом увеличивается на 2.2 МПа. Следовательно, для шихты определенного состава необходимо подбирать время вылеживания, что позволит максимально повысить первоначальную прочность кирпича.
Можно увеличить прочность кирпича путем использования добавок активизаторов твердения цемента типа хлористого кальция, углекислого натрия, азотнокислого кальция и триэтанола. мина. Использование вышеупомянутых добавок способствует повышению прочности кирпича во все сроки твердения. Наибольший прирост прочности отмечается в возрасте до 3 сут (в 2—9 раз), после этою скорость роста прочности снижается. В возрасте до 3 сут с увеличением ввода цемента действие добавок по -
OL 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 Длительность хранения, сут |
Влияние алюминатной добавки на рост прочности кирпича во времени: 1 - вспененная зола 80%+цемент 20%; 2 - вспененная зола 80% + цемент 10% + алюминатная добавка №1 10%; 3 - вспененная зола 80% + цемент 5% + алюминатная добавка №1 15%; 4 - вспененная зола 80% + цемент 5% + алюминатная Добавка №2 15%; 5- вспененная зола 80% + цемент 10% + алюминатная добавка №3 10%
Вышается. В более поздние сроки твердения эффективность добавок в меньшей степени зависит от количества цемента в составе кирпича. Наиболее эффективными добавками в данном случае являются хлористый кальций и триэтаноламин.
Кроме того, дпя повышения прочности кирпича целесообразно его подвергать теплоатажностиой обработке или автоклавированию. что повышает прочность кирпича через сутки после изготовления в 2—6 раз.
Кирпичи, изготовленные на основе пеносиликата и цемента и подвергнутые автоклавированию, имеют водопоглошение в пределах 10—26% и характеризуются морозоустойчивостью свыше 50.
Использование пеносиликата в производстве строительных мате - риатов позволит расширить сырьевую базу отрасли и снизить затраты.
Список литературы
1. Павлов В. Ф., Тропин ЮЛ-, Map- досевич Г. А. Термографические исследования высококальииевых зол. Тезисы конференции «Проблемы утилизации промышленных отходов в строительстве и промышленности строительных материалов». Красноярск, 1989. С. 85-86.
2. Павлов В. Ф., Аншин А. Г., Баякин С. Г., Шабанов В. Ф. Технология переработки зол углей КАТЭКа. Красноярск, СО АН СССР. 1991.
Ю. А. АНЦУПОВ. канд. физ.-мат. наук (ВолгГТУ). В. А. ГРУШКО. инженер
(ОАО «Управление Фасадремонт ВГГС»), В. А. ЛУКАСИК. канд. техн. наук (ВолгГТУ),