Использование промышленных отходов в строительной индустрии является перспективным направлением снижения себестоимости продукции и уменьшения негативной нагрузки на окружающую среду. Эффективная технология использования промышленных отходов в производстве бетона и железобетона

В России и за рубежом накоплен большой опыт применения зол и шлаков ТЭС в бетонах. 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 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 на 15-50 кг в расчете на 1 м3 бетона. При этом повышается коррозионная стойкость и теплофизические показатели бетона. Применение золы-уноса 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 бетонов в производстве керамзито- и гипсобетона, низкомарочных растворов и 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 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 бетона наиболее эффективны доменные гранулированные шлаки, обладающие способностью к самостоятельному гидратационному твердению. Анализ состояния проблемы использования минеральных добавок к вяжущим веществам для 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 в бетон 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 бетонах достигается при их комплексном применении с химическими добавками (суперпластификаторами, пластификаторами и ускорителями твердения). Такая технология использования тонкомолотого шлака 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. Внедрение технологии использования тонкомолотого доменного гранулированного шлака осуществлено на заводе стройматериалов и заводе крупных деталей Главприокскстроя. В процессе внедрения была выпущена и испытана опытная партия изделий дома серии 111-83.

Тонкомолотый доменный шлак вводился в состав тяжелого бетона класса В15 в количестве 20—70%. Все составы бетона готовились с добавкой суперпластификатора С-3 0,4% от массы цемента. Использовался портландцемент марки 400 (ГОСТ 10178-85) Михайловского цементного завода с содержанием доменного шлака 20%. Тепловлажностная обработка бетона осуществлялась по режиму 3+3+6+2 ч при температуре изотермического прогрева 85—90°С. Результаты испытаний образцов бетона с тонкомолотым доменным шлаком приведены в таблице. Cодержание вяжущего Дисперсность шлака м2/кг В/Ц ОК, мм Прочность при сжатии через 4 ч после ТВО, МПа/% Цемент, кг/м3 Шлак кг/м3 % от массы цемента 290 - - - 0,48 23 14,4/100 232 58 20 225 0,46 25 17,1/119 174 116 40 225 0,44 20 17,5/122 116 174 60 225 0,46 30 15,5/107 290 - - - 0,46 25 17,4/100 174 116 40 225 0,42 25 18,8/108 116 174 60 225 0,46 25 15,6/90 116 174 60 470 0,38 25 26,3/151 87 203 70 470 0,4 25 20,6/119 Результаты испытаний показывают, что за счет использования грубодисперсного доменного гранулированного шлака снижается расход цемента до 40% с одновременным повышением прочности на 8%, а при использовании тонкодисперсного шлака экономится 60—70% цемента при одновременном повышении прочности бетона до 50%. Грубодисперсный шлак получали на действующей помольной установке в однокамерной шаровой мельнице по замкнутому циклу завода стройматериалов, а тонкодисперсный — на Косогорском цементном заводе. Тонкомолотый шлак выпускается в соответствии с ТУ 21-20-61—85 «Шлак молотый для производства шлакощелочного вяжущего». Его дисперсность должна составлять 300+15 м2/кг, однако в настоящее время она находится на уровне 210—240 м2/кг.

Увеличение дисперсности шлака до оптимальной 420-470 м2/кг можно осуществить заменой мелющих тел в мельнице, а также использованием при помоле шлака суперпластификатора С-3. Результаты исследований внедрены на заводах строительных материалов и заводах ЖБК ОАО «Россевзапстрой».