Эффективная технология использования промышленных отходов в производстве бетона и железобетона

В России и за рубежом накоплен большой опыт применения зол и шлаков ТЭС при производстве бетона. Наиболее крупным потенциальным потребителем промышленных отходов является промышленность строительных материалов, где удельный вес сырья достигнет 50%. Использование промышленных отходов в строительной индустрии является перспективным направлением снижения себестоимости продукции и уменьшения негативной нагрузки на окружающую среду.
По различным данным к настоящему времени в отвалах скопилось более 1 млрд т золошлаковых отходов. Однако объем использования промышленных отходов незначителен — 5—6% от их выхода. Экологический эффект, получаемый при утилизации отходов, складывается из многих факторов, часто специфических для того или иного вида отходов.
При этом известно, что использование отходов в 2—3 раза дешевле, чем природного сырья. Расход топлива при использовании отдельных видов отходов снижается на 10—40%, а удельные капиталовложения на 30—50%.
Наиболее дефицитным и энергоемким компонентом для производства бетона является цемент. Многолетние теоретические и экспериментальные исследования ведущих научно-исследовательских и учебных институтов и других организаций доказали высокую эффективность внедрения в производство бетона и железобетона золы-уноса и золошлаковых отходов ТЭС. Бетонные смеси с добавкой золы обладают большей вязкостью, лучшими транспортабельностью и перекачиваемостью, меньшими водоотделением и расслоением.
Например, использование золы-уноса и золошлаковых отходов ТЭС в керамзитобетоне взамен кварцевого песка снижает его плотность на 40—80 кг/м³ и позволяет сократить расход цемента при производстве бетона на 15-50 кг в расчете на 1 м³ бетона. При этом повышается коррозионная стойкость и теплофизические показатели бетона.
Применение золы-уноса при производстве бетона обеспечивает максимальную экономию цемента (10—25% в зависимости от вида, качества заполнителей и типа конструкций).
Определение народнохозяйственной целесообразности при создании новых материалов и изделий на базе отходов и выбор вариантов взаимозаменяемости материалов проводятся обычно расчетом эффективности капитальных вложений по минимуму приведенных затрат.
В связи с тем, что большинство тепловых электростанций Европейской части России оборудовано системами гидрозолоудаления, получаемые в них зола и ЗШС используются в основном в качестве мелкого заполнителя для производства бетонов в производстве керамзито- и гипсобетона, низкомарочных растворов и производства бетонов, в дорожном строительстве. Для более эффективного использования зол ТЭС в качестве активной добавки в производстве бетонных строительных деталей и конструкций в последние годы сооружены установки сухого золоотбора на Европейской части России.
Анализ литературных источников показывает, что основными факторами, влияющими на коррозию арматуры и бетона с использованием зол и ЗШС, являются следующие:
— соотношение золы и цемента в золобетоне;
— содержание в золе несгоревших углистых остатков, стеклофазы, сернистых соединений;
— гидравлическая активность золы.
Исследования показывают, что правильный подбор состава при производстве бетона позволит обеспечить первоначальную пассивность арматуры в бетоне. Дальнейшая ее сохранность будет определяться проницаемостью бетона, толщиной защитного слоя до арматуры и условиями эксплуатации конструкций.
В настоящее время проблема снижения потребления цемента и энергетических ресурсов в строительной индустрии, а также интенсификация производства бетона и сборного железобетона при сохранении или улучшении проектных свойств в изделиях и конструкциях связаны с использованием некоторых минеральных добавок в чистом виде или в комплексе с химическими. В качестве минеральной добавки и вяжущего вещества для производства бетона наиболее эффективны доменные гранулированные шлаки, обладающие способностью к самостоятельному гидратационному твердению.
Анализ состояния проблемы использования минеральных добавок к вяжущим веществам для производства бетона показал, что этот класс добавок, являющихся в основном вторичным сырьем (доменные гранулированные шлаки, золы и золошлаковые смеси ТЭС), позволяет получать многокомпонентные системы с определенными эксплуатационными характеристиками, а также способствует созданию безотходных технологий и улучшению экологического состояния окружающей среды. Однако многокомпонентные цементы характеризуются в основном пониженной прочностью (на 1—2 марки), что сдерживает широкое использование минеральных добавок в производстве бетона и сборного железобетона.
Важным резервом повышения эффективности использования тонкомолотых доменных гранулированных шлаков в производстве бетона и железобетона является применение шлаков с оптимальной дисперсностью, имеющей функциональную зависимость от дисперсности цемента.
Введение при производстве бетона тонкомолотого шлака в количестве 40—60% взамен эквивалентной части цемента позволяет получать бетоны, прочность которых в 1,5—2 раза выше прочности бетонов на промышленно изготовленных цементах. Бетоны с добавкой шлака характеризуются повышенной сульфатостойкостью, удовлетворительной морозостойкостью и рядом других положительных свойств.
Более высокая эффективность использования тонкомолотых доменных гранулированных шлаков в при производстве бетона достигается при их комплексном применении с химическими добавками (суперпластификаторами, пластификаторами и ускорителями твердения).
Такая технология использования тонкомолотого шлака для производства бетона позволяет получать плотные бетоны марок 500-800 с расходом клинкерного компонента в пределах 200 кг/м³, что обусловлено проявлением эффекта упорядочения структуры при твердении многокомпонентных систем с низким водосодержанием.