ВВЕДЕНИЕ 7
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Отход как техногенное сырье 9
1.2 Процесс образования золы и шлаков на ТЭС 11
1.3 Обращение с золошлаковыми отходами в международной практике 12
1.4 Обращение с золошлаковыми отходами в России 17
1.5 Требования к золе для использования в бетонах 17
1.6 Применение золы в производстве строительных материалов 21
1.6.1 Добавка золы в бетон 21
1.6.2 Производство агрегатов крупных заполнителей для бетона .... 26
1.6.3 Производство легких бетонов 27
1.6.4 Производство штучных бетонных изделий 27
1.6.5 Производство бетонной черепицы 28
1.6.6 Производство сухих смесей для штукатурки полов 28
1.6.7 Золоарболит 28
1.6.8 Утилизация в стеклокерамическое производство 29
1.7 Направления применения золы Троицкой ГРЭС 31
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 1 36
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 36
2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ 38
2.1 Зола Троицкой ГРЭС 38
2.2 Портландцемент 44
2.3 Песок 45
2.5 Щебень 46
2.6 Микрокремнезем 47
2.7 Суперпластификатор СП-1 48
Методы исследования 49
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 2 56
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 57
3.1 Замена части песка золой Троицкой ГРЭС 57
3.2 Замена части цемента золой Троицкой ГРЭС 61
3.3. Быстротвердеющий бетон с добавкой золы Троицкой ГРЭС 71
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 3 77
4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 79
4.1 Расчет стоимости производства строительных растворов 79
4.2 Расчет стоимости производства быстротвердеющего бетона 83
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 88
5.1 Нормативные значения факторов рабочей среды 90
5.1.1 Микроклимат рабочей зоны 90
5.1.2 Запыленность и загазованность рабочей зоны 91
5.1.3 Освещение рабочей зоны 91
5.1.4 Шум на рабочем месте 92
5.2 Безопасность производственных процессов и оборудования 93
5.3 Электробезопасность 95
5.4 Пожаробезопасность 95
6 ЭКОЛОГИЯ 96
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 101
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 103
ПРИЛОЖЕНИЯ 110
Зола-уноса представляет собой несгорающий остаток с размером частиц мельче 0,16 мм, образующийся из минеральных примесей топлива при неполном его сгорании и осажденный из дымовых газов золоулавливающими устройствами. Ежегодно в России образуется 30 млн тонн золошлаковых отходов (ЗШО) от сжигания угля ТЭС. Столько же, сколько и бытового мусора, в то время как уровень утилизации ЗШО в России составляет всего около 4-5 %. Если сравнивать, то в ряде развитых стран утилизируется около 50 % текущего выхода ЗШО, во Франции и Германии - 70 %, а в Нидерландах и Дании и вовсе 100 % [63, 69]. Низкий объем утилизации наносит не только большой вред экологии, так как территории, занятые отвалами, насыщены тяжелыми металлами и токсинами, но и приводит к простаиванию этих полезных площадей. Сегодня в мире уже применяют технологии, при которых основную золу используют при производстве строительных материалов: она эффективно применяется для производства комбинированных цементов, в качестве активной минеральной добавки при изготовлении изделий из бетона и железобетона, в качестве компонента сухих строительных смесей и других областях. Однако, несмотря на исследования в этой области, Россия всё ещё отстаёт по уровню утилизации и продолжает накапливать ЗШО, что может привести со временем к возникновению экологической катастрофы.
В Челябинской области самой крупной является Троицкая ГРЭС, которая ежедневно образует огромное количество золы. В настоящее время ведутся исследования применения золошлаковых отходов в дорожном строительстве, в производстве строительных материалов (цемента, бетонов, растворов, кирпича, строительных блоков) для того, чтобы снизить их себестоимость минимум на 15-20 %, а также превратить дешевый отход в ценное сырье. На нашей кафедре «Строительные материалы и изделия» имеется зола Троицкой ГРЭС, которая изучена не в полной мере. Поэтому было принято решение провести ряд исследований данной золы, чтобы выявить возможность применения в производстве бетонов и растворов.
1. Таким образом, в настоящее время все более актуальным становится вопрос утилизации большого количества накопленных промышленных отходов. Наполнения цементных бетонов тонкодисперсными минеральными материалами является одним из перспективных направлений уменьшения себестоимости цементных бетонов с одновременным повышением их физико-механических свойств. При этом снижается их себестоимость, улучшается ряд физикомеханических свойств бетонов, решаются вопросы экологии регионов.
2. Зола Троицкой ГРЭС по своему химическому составу относятся к кислым, поэтому обладают низкой гидравлической активностью. Кроме того, ей свойственна повышенная водопотребность и способность активно адсорбировать распространенные добавки поверхностно-активных веществ, резко снижая их эффективность.
3. Нами были проведены опыты по замене части песка золой Троицкой ГРЭС. При смешивании компонентов (цемент-зола-песок-вода) было замечено увеличение расходов воды. По сравнению с эталонным образцом на песке, В/Ц увеличилось в 3 раза у образцов, содержащих 100 % золы при той же подвижности (РК: 111 мм).
4. Были определены статистические характеристики результатов испытаний на прочность. По полученным данным видно, что прочность на сжатие при полной замене песка золой снизилась примерно в 5 раз; прочность на изгиб уменьшилась в 3 раза. При замене песка золой в количестве 25 % от массы песка прочность снижается примерно на 25-35 % от эталонного образца. При 50 % замене песка золой прочность у образцов снизилась более чем в половину. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о том, что замена песка золой Троицкой ГРЭС до 25 % может быть рациональной, но для этого необходимо уменьшить интервал дозировки (например: от 5 до 25 %, с шагом) и изучить влияние золы на свойства цементного раствора.5. Были проведены опыты по замене части цемента золой до 30 %
с шагом 10, образцы твердели при нормальных условиях. Прочность образцов уменьшается пропорционально увеличению количества золы. При замене части цемента золой в 10 % прочность образцов оказалась близка к прочности эталонного образца.
6. Введение комплексной добавки МК+СП-1 позволяет получать быстро- твердеющие бетона, суточная прочность которых повышается более чем в 3 раза, а марочная прочность повышается более чем в 1,5 раза. Бетон с комплексной добавкой характеризуется высокими физико-механическими свойствами, соответствующими требованиям, предъявляемым к высококачественным бетонам (High performance concrene, HPC). Замена до 30 % цемента на кислую золу ТЭС при использовании комплексной добавки обеспечивает получение быстротвердеющего бетона. Комплексная добавка позволяет заменить золой до 40 % цемента без снижения прочности бетона по сравнению с прочностью бетона из бетонной смеси базового состава (без добавок).
