Ингредиент золобетона

Хотите получать свежие статьи на свою почту?

Все свежие статьи публикуются в электронном журнале ВесьБетон.

Подписка на журнал бесплатная, процедура подписки занимает одну минуту! Подписаться!

Журнал «ВесьБетон»— всегда свежая и профессиональная

Содержащийся в золе уголь снижает прочность и морозостойкость золобетонов, придает им мрачный серый оттенок. Можно ли бороться с этими бедами? Можно ли обогащать золу, уменьшая содержание в ней углерода? Да, можно, утверждают авторы статьи.

Известно, что распространенным ингредиентом золобетонов, как плотных, так и ячеистых, является зола тепловых электростанций — ТЭС или ГРЭС. Особенность этих «производителей золы» в том, что они сжигают тонкомолотый уголь, и зола получается в виде дисперсного порошка. Если рассмотреть под микроскопом золу от сжигания бурых углей, то можно увидеть, что она состоит в основном из мелких пустотелых непрозрачных шариков алюмосиликатного стекла белого (молочного) цвета, зачастую спекшихся между собой и образующих длинные цепочки (гирлянды), а также из более крупных угловатых чёрных зёрен несгоревшего угля (кокса). Последние придают и золе, и золобетонам мрачный серый оттенок.

В отличие от золобетона, автоклавный газобетон, например, изготовленный на чистом тонкомолотом кварцевом песке, близок по цвету к силикатному кирпичу. Когда проезжаешь по аграрным районам Эстонии, в окрестностях Таллинна, радуют глаз своим светлым видом сельскохозяйственные постройки, выполненные из этого материала.

Золобетон мог бы быть ещё светлее и наряднее, если бы не уголь. В отличие от кварцевого песка, светлые алюмосиликатные шарики золы содержат не кристаллический, а аморфный кремнезём (значительно более активный материал, способный обеспечить весьма существенную экономию цемента). Они светлее желтоватого песка, обычно содержащего окислы железа. Кроме того, зола, в отличие от песка, не требует обязательного помола.

Аморфный алюмосиликат является прекрасным строительным материалом, он мог бы успешно использоваться не только в качестве наполнителя золобетонов, но и при изготовлении вяжущих, и в других производствах, если бы не углерод.

Содержащийся в золе уголь является источником многих бед: это органика, снижающая не только прочность, но и морозостойкость золобетонов. Так можно ли бороться с этими бедами? Можно ли обогащать золу, уменьшая содержание в ней углерода? Да, можно! Но сначала познакомимся с производством золы.

Образующаяся на электростанциях зола тонкая и лёгкая, она мгновенно поднимается на воздух малейшим ветерком и вся поверхность земли, окружающая электростанцию, давно была бы засыпана золой, если бы не придумали гидрозолоудаление. Зола на выходе из печи сразу же орошается водой и в виде пульпы выносится за пределы станции на золоотвал, имеющий вид обширного болота, покрытого водой.

Обратим внимание на два момента. Во-первых, только что народившаяся ювенильная поверхность молодой золы сразу же подверглась нападению пассивирующих молекул Н2О. Во-вторых, в турбулентном потоке пульпы мог начаться естественный процесс сепарации золы.

В период возродившихся на короткое время совнархозов ослаб контроль межведомственного разграничения, и строители сумели договориться с энергетиками об отборе сухой золы ТЭС для нужд собственного завода. За счёт этого прочность выпускавшегося ячеистого бетона выросла на целую марку. Но как только вернулись министерства, узел сухого отбора срочно демонтировали. Замена же сухой золы на мокрую из отвала требовала таких затрат, что тогда от её использования отказались.

Теперь о естественной сепарации. Особенность системы гидрозолоудаления в том, что выпускной конец пульпопровода, сбрасывающего водную суспензию золы, периодически переносят на новое место и получается, что в любой зоне золоотвала образуется «многослойный пирог» из порций зол разного возраста. На вертикальном срезе этого «пирога» отчётливо видна его слоистая структура: при каждом сбросе пульпы образовывался двухцветный слой с нижней более толстой светлой зоной и верхней тонкой и тёмной, которую создавал медленнее оседающий уголь, да это и понятно: плотность алюмосиликатного стекла 2–3, а угля — не более 1 г/см3.

Отделять уголь от алюмосиликатов можно и более эффективным искусственным путём, причём несколькими способами. Выполнены эскизные проекты промышленных установок для обогащения золы, разделяющие её на две или три фракции, различающиеся содержанием углерода. Установки работают в автоматическом режиме и практически не требуют использования ручного труда. Предложены варианты устройств для сепарации и влажной, и сухой золы.

Согласно ГОСТ 25592-91 и ГОСТ 25818-91, потери при прокаливании золы могут достигать 25 % по массе. То есть объём фракции, обогащенной углём, может быть значительным. Однако, эту часть золы следует воспринимать не как отход производства, а как полноценный продукт, который может быть использован, например, в производстве зольного гравия, как выгорающая добавка в технологии эффективного глиняного кирпича, или, наконец, в качестве технологического топлива в том же кирпичном производстве.

Обогащённая зола бурых углей из отвалов гидрозолоудаления Челябинской ТЭЦ-2 исследовалась в лаборатории Силикатных стеновых материалов УралНИИстромпроекта. На несепарированной золе и на фракции, обогащённой алюмосиликатами, были изготовлены образцы газозолобетона. В первом случае, при плотности 720 кг/м3, была получена прочность 2,6 МПа, во втором случае, при плотности 732 кг/м3 — прочность 3,7 МПа, то есть прочность материала выросла почти в полтора раза при одновременном снижении его плотности.

О степени белизны образцов судили по «Альбому колеров» [Крауклис В. К. Альбом колеров. Изд. 6, переработанное и дополненное. — 1987]. В первом случае идентифицирована позиция 7 (цвет серый), а во втором — позиция 22 (цвет светло-серый).

На рис. 1 приведён эскиз установки для сепарации золы методами вибро-, гидро- и аэрорасслоения. Установка содержит вертикальную шахту для золы (1), зону сепарации (2), виброплощадку (3) с вибратором (4) и упругими опорами (5). В нижней части зоны сепарации расположены перфорированные трубы (6) для подачи воздуха (в случае аэросепарации) или воды (при гидросепарации). В конце зоны сепарации имеются два подвижных плоских ножа (7 и 8) для разделения сепарированной золы на два или три слоя. Верхний слой (У) обогащён углём и попадает в бункер (9), а нижний слой (А), обогащённый алюмосиликатами, попадает в бункер (10). Разработаны также варианты установок с более эффективными вертикальными перфорированными трубами, в том числе соединёнными с виброплощадкой.

На рис. 2 показана другая установка для сепарации золы, выполненная в виде центрифуги. Зола с ленточного транспортёра, через конический рассекатель (11) попадает во вращающийся сосуд (12), где расслаивается под действием центробежной силы. В периферийных зонах сосуда скапливается пульпа, обогащённая тяжёлой алюмосиликатной фракцией, по трубопроводу (13) с краном-дозатором (14) она попадает в зону декантации, и частично обезвоженный алюмосиликат удаляется ленточным транспортёром. Фракция, обогащённая углеродом, скапливается в центре сосуда (12) и по трубе (15) с регулируемым клапаном (16) попадает в другую зону декантации и далее на транспортёр. Вода из обеих зон декантации с помощью насоса (17) по трубе (18) возвращается в сосуд (12). Рассматривались подобные установки и с неподвижным сосудом (12) (в которых пульпа вращается за счёт лопастей) или основанных на принципе циклона (при тангенциальной подаче зольной пульпы).