К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ РЕСУРСОВ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ

Учитывая климатические условия Сибири, ежегодно в среднем 4 ТЭЦ производит 875 тыс. тонн золы в год. [1] В современных условиях усиливается острота проблемы утилизации золошлаковых материалов, получаемых в результате сжигания углей тепловых электростанций. Их накопление в возрастающих объемах приводит к стремительному росту экологических и экономических издержек из-за крайне низкого уровня утилизации.

Примером таких издержек может являться постоянная потребность в увеличении мест для сброса и хранения золы, так на территории РФ твердые техногенные отходы занимают более 20 тыс. км²[2]. Вместе с тем, по своему физико-химическому и агрегатному составу эти материалы являются уникальным ресурсом, который может найти полезное использование в различных отраслях экономики с получением значительного эколого-экономического эффектов.

Исследователи предложили делать из золы строительный материал – кирпич, который не будет отставать по своим характеристикам от предшествующих кирпичей из силиката и керамического кирпича, но при этом будет решать вопрос экологии и кратно упрощать процесс постройки.

Целью моего научного проекта является доказать, что зольные отходы, производимые ТЭЦ-3, расположенной в городе Барнауле, пригодны для производства строительного материала и провести сравнение между кирпичами силикатными и зольными собственного производства.

Характеристики предоставленной золы:

Тонкость помола 10 % (по остатку на сите 0.08мм);

время начала схватывания 8 минут;

время конца схватывания 15 минут.

Тесто нормальной густоты (ТНГ) 26,5 %

Испытание на равномерность изменений объема зола не выдержала, что говорит о необходимости предварительного гашения.

Для определения наилучшего состава по прочности кирпича, было выбрано 3 добавки: СаCl₂ (2 % от сухой массы гашенной золы), СaSO₄ (5 % от сухой массы золы) и Са(ОН)₂ (5 %).

Процесс создания кирпича начинается с гашения золы, привезенной с ТЭЦ-3, в автоклаве под давлением 10 атмосфер в течении 8 часов с момента установления заданного давления.

Для замешивания кирпича лишь из золы были выбраны пропорции 1кг золы +15% воды, что обеспечило нормальную формовочную влажность. Для замешивания кирпича из золы с добавкой CaCl₂, который в данном случае являлся еще и ускорителем твердения, были выбраны пропорции 665 г гашеной золы/100 г воды/13 г CaCl₂.

Для замешивания кирпича с добавками CaSO₄ и Ca(OH)₂ были использованы одинаковые пропорции по причине одинакового 5 %-го содержания добавки в образцах. Таким образом, к 825 г сухой гашенной золы было добавлено 41,25 г добавки и 100 мл воды.

Прессование образцов проходило при давление равном 20.0 МПа. В дальнейшем образцы проходят повторное пропаривание в автоклаве в течение 8 часов под давлением 10 атмосфер, что придает им окончательную прочность. Размеры полученных образцов: диаметр 50 мм, высота 50 мм.

В ходе проверки на прочность мы установили, что образцы, сделанные из золы без примеси, взятой с барнаульской ТЭЦ-3 (**золы являются продуктом горения углей КАТЭКа) в среднем имеют прочность, равную 36,194 МПа.

Образцы в составе которых была добавка ускоряющая твердение – CaCl₂ показали совершенно другой результат. Средняя прочность данных образцов равна 22.142 Мпа.

Даже при сравнении характеристик лишь этих двух образцов между собой можно выявить, что зола без примесей дает большую прочность на сжатие. Средняя прочность изделия с добавкой CaSO₄ равна 26.084 МПа. В свою очередь состав с добавкой Ca(OH)₂ показал среднюю прочность равную 29.64 Мпа. Проверка влияния добавок необходимо для того чтобы оценить возможные деструктивные процессы, которые приводят к снижению прочности зольного кирпича (по причине возникновения новообразований, которые создают внутреннее напряжение в структуре камня).

Вывод: активность золы без добавок достаточна для достижения прочности.

После получения данных о прочности зольного кирпича была проведена контрольная проверка на прочность силикатного кирпича, который показал прочность в среднем 20.7 Мпа.

Сравнив все данные можно сделать вывод, что наилучшим составом для производства кирпича из золы с КАТЭКа является чистая зола без каких-либо добавок. Так, при производстве кирпича из золы мы получаем прибавку в прочности равную 36.194-20.7=15.494 МПа. Данные о прочности составов представлены в таблице №3.

Наилучшую прочность показал состав без добавок, а сравнение с силикатным кирпичом показало, что прочность зольного кирпича выше.

Снижение прочности состава с добавками можно объяснить тем, что при автоклавной обработке в образцах с добавкам возникают внутренние трещины и напряжения вызванные химическими реакциями добавок с компонентами золы.

Таблица 1.

Состав экспериментальных и контрольного образцов

Контрольный состав силикатного кирпича состоит из 90 % - кварцевого песка + 10% известь первого сорта в соответствии с ГОСТ 9179-2018 «Известь строительная Технологические условия».

Рисунок 1. Сравнение прочности составов зольного кирпича

Был выполнен пересчет прочности образцов цилиндров на прочность реального кирпича по формуле

,

где R_кирп – прочность при сжатии образца-кирпича Rцилиндра- прочность при сжатии образца – цилиндра.

Для зольных составов переводной коэффициент равен 0,43, для контрольного состава - 0,7.

Таким образом, прочность зольного кирпича составляет 15.56 Мпа; прочность контрольного силикатного кирпича равна 14.49 Мпа.

По прочностным характеристикам зольный кирпич оценивается выше чем традиционный контрольный состав.

С точки зрения экономической выгоды, зольный кирпич имеет ряд неоспоримых достоинств, таких как:

• низкая себестоимость сырья и материалов;
• относительно невысокие затраты на организацию производства;
• достаточно широкий и устойчивый рынок сбыта готовой продукции.

Таблица 2.

Прочности экспериментальных образцов при пересчете на размеры реального кирпича

При налаженной технологии производства совокупность этих факторов должна помочь сделать выбор постребителя в пользу данного продукта.

Годовые расходы на содержание каждого золоотвала составляют для угольдобывающих компаний около 500 млн. рублей. Реализация данного проекта позволит не только значительно их сократить, но и превратить отходы производства в полезный продукт, а значит получить прибыль. Таким образом, получается двойная выгода.

Производство золосиликатного кирпича в нынешних условиях оправдано и актуально. Это вызвано необходимостью полной утилизации отходов промышленности в связи с огромными темпами их накопления и обострившейся экологической обстановкой, ростом цен на рынке цемента, энергоносителей. В настоящее время объемы переработки отходов промышленности для получения строительных материалов и изделий еще очень невелики.

Списоок литературы:

1. Носков О. Золоотвалы – проклятье или богатство? [электронный ресурс] — Режим доступа – URL: https://academcity.org/ content/zolootvaly-proklyate-ili-bogatstvo (дата обращения 29.03.2019)
2. Золошлаковые отходы. Часть 1: на пороге экологического коллапса [электронный ресурс] — Режим доступа – URL: http://ect-center.com/blog/ zoloshlakovie-othody (дата обращения 29.03.2019)