Физико-химические и технологические основы получения высокопрочного безобжигового зольного гравия для конструкционных бетонов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Фомина Ирина Викторовна

• Фомина Ирина Викторовна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Фомина Ирина Викторовна

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ БЕЗОБЖИГОВЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ

В БЕТОНАХ

1.1 Применение искусственных пористых заполнителей в легких бетонах

1.2 Особенности технологии безобжигового зольного гравия

1.2.1 Зола-уноса - сырье для производства безобжигового зольного гравия

1.2.2 Технология получения безобжигового зольного гравия

1.2.3 Способы повышения прочности материалов на основе золоцементных смесей

1.3 Состав и свойства безобжигового зольного гравия

1.4 Процессы гидратации и структурообразования в золоцементном

камне

Выводы

2 МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Методы исследования

2.2 Характеристика сырьевых материалов

2.2.1 Зола-уноса Рефтинской ГРЭС

2.2.2 Портландцемент

2.2.3 Минеральные и химические добавки

Выводы

3 ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ И МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА СОСТАВ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗОЛОЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

3.1 Исследование влияния химических добавок на свойства

золоцементного камня

3.1.1 Выбор химических добавок с применением математического

планирования эксперимента

3.2 Влияние минеральных добавок на прочность и состав золоцементного камня

3.2.1 Определение гидравлической активности минеральных добавок

3.2.2 Состав цементного камня с минеральными добавками

3.2.3 Влияния минеральных добавок на физико-механические свойства золоцементного камня

3.2.4 Исследование состава золоцементного камня с минеральными

добавками

Выводы

4 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО

БЕЗОБЖИГОВОГО ЗОЛЬНОГО ГРАВИЯ

4.1 Оптимизация гранулометрического состава золоцементной смеси

с минеральными добавками

4.2 Оптимизация технологических параметров получения безобжигового зольного гравия

4.2.1 Увлажнение золоцементной смеси

4.2.2 Тепловая обработка гравия

4.3 Физико-механические свойства высокопрочного заполнителя

4.4 Особенности структуры безобжигового зольного гравия

4.5 Свойства бетона на безобжиговом зольном гравии

4.6 Рекомендации по совершенствованию технологии изготовления

безобжигового зольного гравия из золы-уноса Рефтинской ГРЭС

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Санитарно-эпидемиологическое заключение

золы-уноса Рефтинской ГРЭС

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Протокол лабораторных испытаний радиологического исследования золы-уноса Рефтинской ГРЭС

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Паспорт качества портландцемента

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Сертификат соответствия шлака доменного

гранулированного молотого требованиям нормативных документов

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Опытно-промышленный технологический регламент производства высокопрочного безобжигового зольного гравия из золы-уноса Рефтинской ГРЭС

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химические и технологические основы получения высокопрочного безобжигового зольного гравия для конструкционных бетонов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В современном строительстве одним из самых востребованных строительных материалов является конструкционный цементный бетон. Важнейшим его компонентом, занимающим наибольший объем в составе и во многом определяющим строительно-технические свойства и назначение бетона, является крупный заполнитель. Производство заполнителей требуемых видов и качества основывается на технологиях переработки как природного, так и техногенного сырья. Многие регионы России не обеспечены природными каменными материалами в необходимом количестве, а в других их запасы исчерпаны. Доставка щебня и гравия до потребителей связана со значительными затратами.

Альтернативным предложением может быть применение искусственных заполнителей (керамзита, шлакового щебня, аглопоритового, безобжиговых шлакового или зольного гравия и др.), характеризующихся низкой плотностью и достаточно высокой прочностью и морозостойкостью. Техногенным сырьем для их производства могут быть золошлаковые отходы теплоэнергетики, например, зола-уноса Рефтинской ГРЭС, расположенной на территории Свердловской области и являющейся крупнейшей в России. На Рефтинской ГРЭС при сжигании каменного угля Экибастузского бассейна образуется до 5 млн т золошлаковых отходов, уровень утилизации которых не превышает 10 %. Отечественный многолетний опыт, как и зарубежный, показывает, что в производстве портландцемента можно применять до 35 % золы, керамического и силикатного кирпича -до 60 %, искусственных пористых заполнителей - до 90-100 % золошлаковых отходов.

Одним из наиболее перспективных способов повышения прочности безобжиговых пористых заполнителей, например, безобжигового зольного гравия, является модифицирование золоцементного камня химическими и минеральными добавками, ускоряющими гидратацию цемента и формирующими более плотную структуру заполнителя. В качестве минеральных добавок целесообразно ис-

пользовать техногенные отходы, например, отсевы дробления плотных горных пород или металлургические шлаки. Однако процессы структурообразования и упрочнения золоцементного камня в присутствии данных добавок изучены недостаточно, а совместное применение золы-уноса и указанных выше отходов в производстве заполнителя для бетонов является актуальным. Максимальное вовлечение данных минеральных отходов в производство строительных материалов позволит также снизить экологическую нагрузку в регионе.

С учетом современных требований к энергоэффективности зданий и сооружений целесообразно использовать при их строительстве несущие конструкции из легких и облегченных бетонов с применением пористых заполнителей, обладающих высокой прочностью и долговечностью. В связи с этим актуальным является научно-техническое обоснование получения высокопрочного безобжигового зольного гравия на основе малоцементных зольных композиций, модифицированных химическими и минеральными добавками.

Степень разработанности темы исследования

Изучению состава и свойств золошлаковых отходов теплоэнергетики, разработке технологий производства из них и применения пористых заполнителей в составе легких строительных бетонов разного назначения посвящены исследования российских ученых Ю. М. Баженовой, А. В. Волженского, К. В. Гладких, И. Ю. Даниловича, С. В. Иванова, В. И. Мичкаревой, А. М. Юдиной, В. М. Уфимцевой и др. Предлагаемые ими технологии производства безобжигового зольного гравия характеризуются многокомпонентным составом смеси и большим количеством технологических операций, а получаемый заполнитель имеет низкую прочность и морозостойкость, что ограничивает его применение в конструкционных бетонах.

Известные способы увеличения его прочности имеют ряд особенностей, например, тонкий помол повышает не только активность, но и водопотребность золы, а длительная сушка или пропаривание способствуют росту расхода электроэнергии и тепла на производство заполнителя. Разработанные технологии производства безобжигового зольного гравия успешно апробированы ранее на

некоторых предприятиях, но не получили широкого применения и дальнейшего развития, в том числе по причине низкого его качества. В России отсутствуют предприятия по производству пористых заполнителей из золошлаковых отходов.

Объект исследования - состав и технология получения высокопрочного безобжигового зольного гравия из золы-уноса, образующейся при сжигания каменного угля на Рефтинской ГРЭС.

Предмет исследования - физико-химические закономерности формирования структуры и свойств золоцементного камня модифицированием химическими и минеральными добавками, обеспечивающими получение на его основе высокопрочного безобжигового зольного гравия.

Цель диссертационной работы - разработать состав и технологию производства высокопрочного безобжигового зольного гравия из золы-уноса Рефтинской ГРЭС, пригодного для использования в конструкционных бетонах.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- определить состав и свойства золы-уноса Рефтинской ГРЭС;

- исследовать влияние химических и минеральных добавок на прочность золоцементного камня;

- разработать состав смеси для получения высокопрочного безобжигового зольного гравия, изучить его структуру и физико-механические свойства;

- подобрать составы и определить свойства конструкционных легких бетонов на основе высокопрочного безобжигового зольного гравия;

- разработать технологическую схему и опытно-промышленный технологический регламент его производства.

Методология и методы исследования

Для исследования свойств сырьевых материалов, цементного и золоце-ментного камня, безобжигового зольного гравия, бетонов применяли стандартные методы физико-механических испытаний на лабораторном оборудовании с последующей математической обработкой результатов с заданной достоверностью. Минеральный состав материалов и продуктов твердения золоцементного камня определяли рентгенофазовым и дифференциально-термическим методами

анализа, ИК-спектроскопией, структуру безобжигового зольного гравия исследовали технической петрографией, гранулометрический состав сырьевых материалов - на дифракционном лазерном анализаторе. Расчет оптимальной гранулометрии сырьевой смеси для получения высокопрочного безобжигового зольного гравия выполняли с помощью программы проектирования зерновых составов смесей строительных композитов ОтапитвМе у.5.0.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

- закономерности формирования фазового состава и физико-механических свойств золоцементного камня, модифицированного химическими и мине ральными добавками;

- результаты экспериментальных исследований влияния вида и дисперсности минеральной добавки на гранулометрический состав смеси и прочность зо-лоцементного камня;

- состав, особенности структуры и свойства высокопрочного безобжигового зольного гравия из золы-уноса Рефтинской ГРЭС;

- разработанные рекомендации по совершенствованию технологии и опытно-промышленный технологический регламент его производства;

- составы и свойства цементных бетонов на высокопрочном безобжигового зольного гравии.

Научная новизна работы:

1. Предложен механизм повышения прочности ЗЦК при введении шлака доменного гранулированного или отсева дробления горнблендита, заключающийся в образовании дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция, представленных кристаллогидратами тоберморита 14 А и пломбь-ерита, в результате связывания портландита активными компонентами минеральных добавок. Активность отсева дробления горнблендита обусловлена наличием в его составе минералов анортита и роговой обманки, которые в цементном растворе являются активными центрами (льюисовские кислотные центры), адсорбирующими на своей поверхности продукты гидратации цемента и ускоряющими их кристаллизацию, что способствует увеличению прочности золоцементного камня. По

вышенное содержание низкоосновных гидросиликатов кальция и закристаллизо-ванность способствуют увеличению прочности на сжатие золоцементного камня в 1,5-2 раза.

2. Показано, что применение минеральной добавки в составе золоцемент-ного камня снижает общую пористость и улучшает структуру безобжигового зольного гравия, значительно уменьшая объем микропор за счет заполнения их продуктами гидратации.

Теоретическая и практическая значимость работы

Дополнены теоретические представления о процессах структурообразова-ния и повышения прочности золоцементного камня, содержащего активную тонкодисперсную минеральную добавку и химическую добавку - сульфат натрия, что позволило обеспечить получение безобжигового зольного гравия с высокой прочностью и морозостойкостью, пригодного для производства облегченного конструкционного бетона.

С использованием золы-уноса Рефтинской ГРЭС разработан состав высокопрочного безобжигового зольного гравия, содержащий в качестве минеральной добавки шлак доменный гранулированный или отсевы дробления горнблен-дита, а также химическую добавку - сульфат натрия, ускоряющие твердение зо-лоцементного камня. На состав сырьевой смеси для получения безобжигового зольного гравия получен патент РФ № 2482081 на изобретение.

По результатам научных исследований сформулированы рекомендации, направленные на совершенствование технологии изготовления безобжигового зольного гравия с высокой прочностью и морозостойкостью, предложена аппа-ратурно-технологическая схема и разработан опытно-промышленный технологический регламент на его производство из золы Рефтинской ГРЭС.

Подобраны составы и определены физико-механические свойства цементных бетонов на основе высокопрочного безобжигового зольного гравия. Показано, что полученный по предложенной технологии заполнитель может быть использован в составе конструкционных облегченных и тяжелых бетонов классов прочности от В20 до В40.

Степень достоверности полученных результатов

Результаты диссертационной работы согласуются с теоретическими положениями, изложенными в научных изданиях, и экспериментальными результатами исследований, опубликованных в научно-технической литературе. Достоверность результатов обеспечена использованием современных средств исследования химического и минерального составов и физико-механических свойств сырьевых материалов, золоцементного камня и безобжигового зольного гравия.

Апробация результатов

Основные результаты работы представлены на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2009, 2015, 2016, 2017); XVI Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники (Екатеринбург, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Строительное материаловедение сегодня: актуальные проблемы и перспективы развития» (Челябинск, 2010); Международном семинаре-конкурсе молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ бетонов и сухих смесей» (Москва, 2011, 2012); Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии» (Белгород, 2011); Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии» (Екатеринбург, 2011, 2012); Международном конгрессе «Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов» (Екатеринбург, 2012); II Международной научно-практической конференции «Теория и практика внедрения новых технологий и материалов в производстве и строительстве» (Москва, 2013); VII заочной международной научно-практической конференции «Система управления экологической безопасностью» (Екатеринбург, 2013, 2015); Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия» (Новосибирск, 2016); IV International Conference on Safety Problems of Civil Engineering Critical Infrastructures (Екате-

ринбург, 2018); Конгрессе с международным участием и конференции молодых ученых «Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований» (Екатеринбург, 2019).

Внедрение результатов работы

Для внедрения результатов диссертационного исследования разработан опытно-промышленный технологический регламент производства высокопрочного безобжигового зольного гравия из золы-уноса Рефтинской ГРЭС.

Публикации

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 20 печатных работах, в том числе в 5 статьях в рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ, 14 докладах и тезисах докладов международных и всероссийских конференций, патенте РФ на изобретение.

Личный вклад автора

Автором диссертационной работы самостоятельно выполнен анализ научно-технической и патентной литературы, по результатам которого сформулированы цель и задачи исследования. Постановка и проведение лабораторных экспериментов, изготовление и испытание образцов, обработка, анализ и интерпретация полученных результатов проводились автором лично, разработка технологических решений, подготовка материалов исследований к опубликованию - совместно с научным руководителем.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы из 157 наименований и приложений. Диссертация изложена на 174 страницах машинописного текста, включая 33 таблицы, 24 рисунка и 5 приложений.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ БЕЗОБЖИГОВЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ В КОНСТРУКЦИОННЫХ БЕТОНАХ

Обеспечение строительства зданий и сооружений наиболее экономичными и прочными материалами является одной из важнейших задач. Ранее искусственные пористые заполнители использовали, главным образом, для производства ограждающих бетонных конструкций. Однако в последнее время с учетом современных требований к энергоэффективности зданий показана целесообразность их применения также в составе конструкционных бетонов пониженной плотности. Для производства таких бетонов требуются пористые заполнители с высокой прочностью и долговечностью.

Однако производство и применение искусственных заполнителей во многих регионах России является недостаточным или полностью отсутствует, что объясняется рядом причин. Во-первых, разработанные ранее составы легких бетонов на их основе не соответствуют современным требованиям строительства. Во-вторых, для производства многих искусственных заполнителей требуется природное сырье определенного состава. Так для получения керамзита, занимающего ведущее место среди других пористых заполнителей, пригодны легко вспучивающиеся глины, месторождения которых встречаются редко. В третьих, многие виды техногенного сырья, пригодного для производства пористых заполнителей, характеризуются неоднородным составом и свойствами, а с учетом затрат на доставку имеют высокую стоимость. И, наконец, в-четвертых, сокращение объема производства заполнителей из техногенных отходов промышленности обусловлено также отсутствием эффективных механизмов стимулирования предприятий со стороны государства. Например, в настоящее время не получила распространения успешно действующая на Новолипецком металлургическом комбинате энергоэффективная технология переработки шлакового расплава в пористый гравий, пригодного для изготовления легких бетонов классов прочности до В50 различного назначения [1-3].

1.1 Применение искусственных пористых заполнителей в легких бетонах

Искусственные пористые заполнители применяют в производстве эффективных легких бетонов, используемых для теплоизоляции, изготовления стеновых панелей и несущих строительных конструкций. Замена обычных тяжелых заполнителей на пористые существенно уменьшает плотность и улучшает теплотехнические характеристики бетона, а также снижает стоимость бетонных изделий. Бетонные смеси на искусственных заполнителях округлой формы обладают высокой подвижностью и удобоукладываемостью. Кроме того, достаточная прочность некоторых из них позволяет получать на их основе конструкционные легкие бетоны [4].

Пористые заполнители для бетона - материалы природного или искусственного происхождения с плотностью зерен не более 2000 кг/м3. Согласно ГОСТ 25137 [5] заполнители для бетонов, получаемые без изменения их химического и фазового состава, характеризуются генезисом и наименованием горных пород или видом техногенных отходов. Искусственные заполнители, производимые из природного и техногенного сырья термической и другой обработкой, характеризуют видом сырья и технологией производства. В таблице 1. 1 приведены физико-механические характеристики заполнителей для легких бетонов в соответствии с требованиями ГОСТ 32496 [6], ГОСТ 33928 [7] и ГОСТ 25820 [8]. Показано, что среди пористых заполнителей наибольшую прочность имеют гравий шунгизитовый, керамзитовый и БЗГ. Такие заполнители являются перспективными и представляют особый интерес с точки зрения получения на их основе конструкционных бетонов классов прочности В25-В40 и выше.

В Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона разработаны легкие бетоны класса прочности В40 при использовании пористых шлаковых заполнителей различных видов. Из бетона на шлакопемзовом щебне на предприятиях стройиндустрии г. Липецка изготовлены и более 15 лет успешно эксплуатируются панели для жилых

Таблица 1.1 - Физико-механические характеристики искусственных пористых заполнителей

Заполнитель Насыпная Прочность Водо- Теплопро- Марка Класс Назначение

плотность на сжатие, погло- водность, бетона по бетона по легких бетонов

отдельных МПа щение, Вт/(м°С) средней прочности на искусственных

фракций, кг/м3 % плотности на сжатие пористых заполнителях

I. Получаемые из минерального сырья

Гравий шунгизитовый 250-800 0,5-10,0 20-30 0,11-0,16 D600-D1900 В2,5-В40 Конструкционные, теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные

Гравий аглопоритовый 350-900 0,3-3,5 0,12-0,19 D1000-D2000 В2,5-В30 Конструкционные,

Щебень аглопоритовый конструкционно -теплоизоляционные

Гравий керамзитовый 100-800 0,5-10,0 0,10-0,18 D600-D1900 В2,5-В40 Конструкционные,

Щебень керамзитовый 0,5-8,0 теплоизоляционные,

Щебень шлакопемзовый 250-800 0,2-2,7 0,12-0,19 D1000-D2000 В2,5-В40 конструкционно -теплоизоляционные

II. На основе зол и шлаков ТЭС

Зольный гравий 400-900 1,0-7,5 20-25 D600-D1900 В2,5-В40 Конструкционные, теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные

Шлакозитовый гравий 200-450 0,5-1,5 25-30 - D1000-D2000 В2,5-В30 Конструкционно-теплоизоляционные

Глинозольный гравий 350-900 0,5-6,5 20-30 - D1000-D2000 В2,5-В30 Конструкционные,

Глиношлаковые 300-800 0,5-6,5 - теплоизоляционные,

гравий, щебень конструкционно -

Зольные аглопоритовый 400-900 0,5-3,5 - теплоизоляционные

щебень, гравий

БЗГ 900-1100 4,5-6,0 До 20 0,35-0,50 D1200-D1900 В15-В25 Конструкционные

зданий, бордюрные камни. Из легких бетонов классов В30-В40 на пористом шлаковом гравии производства Новолипецкого металлургического комбината были возведены монолитные несущие каркасы жилых зданий в г. Воронеж [9]. С использованием керамзитового гравия разработан легкий бетон классов прочности до В60 и марки по плотности D1800-D1900, который был применен для изготовления практически всех конструкций 24-этажного офисного здания, возведенного в 2006 г. в г. Москве.

Искусственные пористые заполнители также широко применяются и за рубежом. Так в США и Канаде заполнители из вспученных глин, глинистых сланцев, вспученных и диспергированных доменных шлаков, используют в производстве стеновых камней и блоков, товарного бетона, сборных и преднапряжен-ных железобетонных изделий, асфальтобетона.

В работе [10] с использованием БЗГ разработаны составы легкого бетона с физико-механическими свойствами, представленными таблице 1.2. Установлено, что полученные бетоны прочностью 5,2-6,2 МПа и плотностью 1305-1375 кг/м3 могут использоваться в монолитном домостроении.

Таблица 1.2 - Прочность и плотность бетона на БЗГ

Расход материалов, кг/м3 Прочность на сжатие, МПа Плотность, кг/м3

ПЦ БЗГ Зола Вода После пропари-вания Через 28 суток после пропаривания

200 546 454 320 2,45 3,0 1230

250 521 431 425 3,56 4,9 1240

300 524 431 320 3,75 5,2 1305

350 502 416 368 3,5 4,4 1320

400 505 420 417 5,3 6,2 1375

К настоящему время известны следующие примеры производственного применения БЗГ в составе бетона. Так с 1960 г. в Свердловской области для из

готовления наружных железобетонных панелей вместо гранитного щебня использовали БЗГ. Сравнительная проверка состояния панелей на БЗГ и гранитном щебне после тридцати летней их эксплуатации не выявила особых отличий. Позднее при Рефтинской ГРЭС было организовано производство БЗГ, как «товара народного потребления», на основе которого производили сборные железобетонные элементы для коллективных и индивидуальных гаражей [11].

В 1966 г. на заводе железобетонных изделий № 4 в г. Ангарске была изготовлена опытная партия стеновых панелей из газозолобетона с введением в него БЗГ насыпной плотностью 550-600 кг/м3. Показано, что введение зольного гравия в ячеистую массу значительно снижает водопотребность бетонной смеси (на 20-25 %), уменьшает влажность панелей после электропрогрева на 15-20 % и усадку газобетона с 2,2-2,5 до 0,9-1,0 мм/м [12].

В Московском инженерно-строительном институте были получены облегченные конструкционные бетоны плотностью 1700-2100 кг/м3 и прочностью на сжатие 10-40 МПа на основе искусственного безобжигового гравия из тонкозернистых материалов: золы ТЭС, известняковой муки, мелких и барханных песков, других видов минеральных отходов и дешевого местного сырья [13]. В работе [12] показано, что БЗГ пригоден для получения наиболее распространенных в строительстве бетонов с классом прочности В15-В30 и плотностью 1400-1900 кг/м3, пригодных для изготовления широкой номенклатуры изделий (плит покрытий и перекрытий, стеновых панелей, перегородок, бетонных блоков).

Однако, несмотря на преимущества БЗГ по сравнению с другими пористыми заполнителями (высокая прочность, низкая энергоемкость, высокое золо-потребление, отсутствие сложного оборудования для изготовления и специальных условий хранения), разработанные технологии его производства, несмотря на успешное апробирование на некоторых предприятиях нашей страны, не внедрены и не получили дальнейшего развития. Одной из причин этому стали новые требования в строительстве, направленные на повышение уровня тепловой защиты зданий и сооружений. Так, в 80-е годы прошлого века при их сборном строительстве использовали однослойные ограждающие конструкции, а сегодня -

трехслойные стеновые панели с утеплителем или из ячеистого бетона и утеплителя. Поэтому потребность в легких бетонах на пористых заполнителях, как стеновых материалов, резко сократилась.

Несмотря на вышеизложенное, следует отметить начавшееся в последнее время возрождение производства и применение конструкционного легкого бетона в строительном комплексе России, но на новом более высоком научно-техническом уровне. Об этом свидетельствует, например, опыт домостроительных комбинатов городов Новочебоксарск и Томск. Так на Чебоксарском домостроительном комбинате с 2005 г. организован выпуск элементов сборно-монолитного каркаса из модифицированного конструкционного легкого бетона классов В25-В35 и марок по плотности D1750-D1850, изготовляемого на высокопрочном керамзитовом гравии собственного производства.

1.2 Особенности технологии безобжигового зольного гравия

Безобжиговый зольный гравий - искусственный пористый заполнитель, получаемый в виде гранул из предварительно увлажненной смеси золошлаковых отходов и вяжущего вещества с последующим твердением при пропаривании или в естественных условиях. Для его изготовления применяют ЗУ или золошла-ковую смесь ТЭС от сжигания бурых, каменных углей и антрацита Донецкого, Кузнецкого, Экибастузского, Канско-Ачинского, Подмосковного и других бассейнов. В качестве вяжущего вещества могут быть использованы ПЦ, а также ГЦПВ или известь [1].

1.2.1 Зола-уноса - сырье для производства безобжигового

зольного гравия

Сухую ЗУ от сжигания каменных и бурых углей широко применяют за рубежом в производстве различных строительных материалов. Однако использование ЗУ в Российской Федерации не превышает 5 % от объема ее образования.

Утилизация золошлаковых отходов теплоэнергетики - это не только решение проблемы возрастающего загрязнения окружающей среды, но и экономия материальных и природных ресурсов. Одним из золоемких и эффективных направлений использования ЗУ может быть производство искусственных заполнителей для конструкционных бетонов, например, зольного гравия или БЗГ. Организация производства БЗГ позволит существенно увеличить потребление золы, так как количество ее в смеси может доходить до 90 %.

Согласно ОСТ 34-70-542-2001 [14] золошлаковые отходы по химическому составу минеральной части топлива подразделяют на три основные группы:

- первая группа - зола и шлак с высоким содержанием общего оксида кальция (до 60 %), в том числе свободного СаО. Они обладают способностью самостоятельного твердения и могут применяться в качестве вяжущего при возведении дамб золоотвалов и изготовлении строительных изделий, преимущественно подвергнутых автоклавной обработке. В данную группу входят золошлаки бурых углей Канско-Ачинского бассейна;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фомина Ирина Викторовна, 2025 год

- 197 с.

124. Плюснина, И.И. Инфракрасные спектры минералов / И.И. Плюснина

- М.: Издательство Московского университета, 1976. - 175 с.

125. Бокий, Г.Б. Кристаллохимия / Г.Б. Бокий. - М.: Наука, 1971. - 400 с.

126. Танабе, К. Твердые кислоты и основания / К. Танабе, под. ред. проф. К.В. Топчиевой. - М.: Мир, 1973. - 560 с.

127. Ковалёв Я.Н. Технологии активации строительных материалов : монография / Я.Н. Ковалёв, Т.А. Чистова. - Минск : ТвГТУ, 2012. - 112 с.

128. Ядыгина, В.В. Повышение качества асфальто- и цементобетона из техногенного сырья с учетом состояния его поверхности : дис... д-ра техн. наук / Ядыкина Валентина Васильевна. - Белгород, 2004. - 455 с.

129. Государственный доклад о состоянии окружающей среды на территории Свердловской области в 2020. Режим доступа. - URL: https: //mprso .midural .ru/article/show/id/1126

130. Чумаков, Л.Д. Энергосберегающая технология производства заполнителей бетона из техногенного сырья / Л.Д. Чумаков, И.Ю. Данилович // Строительные материалы оборудование, технологии XXI века. 2009. - № 7-8(9). - с. 42-44.

131. Фомина, И.В. Возможность и перспектива использования отходов теплоэнергетики в производстве заполнителя для конструкционных бетонов / Л.С. Сумарокова // Международная научно-практическая конференция «Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки». - Новосибирск, 2016. - №8(44). - С. 102-105. [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: http://www.sibac.info/archive/Technic/8(44).pdf.

132. Ковач, Р. Процессы гидратации и долговечность зольных цементов / Р. Ковач // Шестой международный конгресс по химии цемента. - М.: Стройиз-дат, 1976. - Т 3. - С. 99-102.

133. Коузов, П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов / П.А. Коузов. - Л.: Химия, 1987. - 264 с.

134. Образцов, И.В. Оптимизация зерновых составов цементно-минераль-ных смесей для производства строительных композитов методами компьютерного моделирования : дис. канд. техн. наук / Илья Вячеславович Образцов. -Тверь, 2014. - 126 с.

135. Белов В.В. Строительные композиты из оптимизированных минеральных смесей : монография / В.В. Белов, М.А. Смирнов. - Тверь: ТвГТУ, 2012. -112 с.

136. Нехорошев, А.В. Ресурсосберегающие технологии керамики, силикатов и бетонов : Структурообразование и тепловая обработка / А.В. Нехорошев, Г.И. Цителаури, Е. Хлебионек, Ц. Жадамбаа; под общ. ред. А.В. Нехоро шева. - М.: Стройиздат, 1991. - 481 с.

137. Соломатов, В.И. Основы композиционных строительных материалов / В.И. Соломатов, В.Н. Выровой, В.С. Дорофеев. Харьковский национальный университет городского хозяйства. - Харьков, 1990. - 52 с.

138. Lightweight Aggregate Concrete. Codes and standards. State-of-art report prepared by Task Group 8.1. CEB-FIP (fib), Stuttgart, 1999, 44 р.

139. Энтин, З.Б., Многокомпонентные цементы / З.Б. Энтин, Б.Э. Юдович // Научные труды НИИцемент, 1994, - №107, - С. 3-76.

140. Капустин, Ф.Л. Структура и фазообразование в гранулированных высококальциевых золах ТЭС и получение вяжущих на их основе : дис... доктор. техн. наук / Федор Леонидович Капустин. - Екатеринбург, 2003. - 300 с.

141. Петров, В.П. Теоретические и практические основы получения пористых заполнителей из топливосодержащих отходов промышленности : дис. док. техн. наук / Виктор Павлович Петров. - Самара, 2007. - 374 с.

142. Искусственные пористые заполнители и легкие бетоны на их основе : справочное пособие / С.Г. Васильков, М.П. Элинзон и др. - М.: Стройиздат, 1987. - 304 с.

143. Капустин, Ф. Л. Влияние минеральной добавки на гидратацию и твердение золоцементного камня в условиях тепловлажностной обработки / Ф. Л. Капустин, И. В. Фомина // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. - 2024. - Т. 9, № 7. - С. 88-97.

144. Ярмаковский, В.Н. Полифункциональные легкие бетоны для ресурсо-энергосберегающего индустриального домостроения / В.Н. Ярмаковский, П.Н.

Семенюк, В.В. Родевич, И.В. Юдин // Строительные материалы. 2012. - № 4. -С. 4-11.

145. Ярмаковский В.Н. Модифицированные легкие бетоны различных видов для ограждающих и несущих конструкций зданий. Научные труды II Международной конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон -пути развития». - М., 2005. - Т. 4. - С. 176-186.

146. ГОСТ 25192-2012. Бетоны. Классификация и общие технические требования. Введ. 01.07.2013. - М.: Стандартинформ, 2013.

147. Состав для получения безобжигового зольного гравия: пат. №2482081 Рос. Федерация : МПК С04В 18/10 / Капустин Ф.Л., Рыжкова И.В., Тарабухина О.Г., Уфимцев В.М.; патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина». 2011138610/03; завл. 20.09.2011; опубл.20.05.2013.

148. Дробильно-сортировочное оборудование Режим доступа. - URL: https://www.dromash.ru/mobilnyie-texnologicheskie-linii-pererabotki-zoloshlakovyix-i-stroitelnyix-otxodov (Дата обращения: 01.09.2023г.)

149. Руководство по подбору составов конструктивных легких бетонов на пористых заполнителях. - М.: Стройиздат, 1975. - 61 с.

150. ГОСТ 10181-2014. Смеси бетонные. Методы испытаний Введ. 01.07.2015. - М.: Стандартинформ, 2019.

151. ГОСТ 7473-2010. Смеси бетонные. Технические условия Введ. 01.01.2012. - М.: Стандартинформ, 2018.

152. ГОСТ 12730.1-2020. Бетоны. Методы определения плотности Введ. 01.09.2021. - М.: Стандартинформ, 2021.

153. ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам Введ. 01.07.2013. - М.: Стандартинформ, 2018.

154. ГОСТ 18105-2012. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности Введ. 01.01.2020. - М.: Стандартинформ, 2019.

155. Коренева, И.Г. Конструкционные свойства бетона на безобжиговом зольном гравии при простом и сложном напряженном состоянии : дис... канд. техн. наук / Ирина Георгиевна Коренева. - Москва, 1984. - 163 с.

156. Иметинов, Н.Б. Быстротвердеющий безобжиговый зольный гравий на основе зол ТЭЦ : дис. канд. техн. наук / Николай Борисович Иметинов. -Москва, 1979. - 232 с.

157. Брандштетр, И. Некоторые перспективные неорганические композиционные материалы 21 века / И. Брандштетр // Информационный научно-технический журнал. Строительные материалы оборудование, технологии XXI века. 2001. - № 7. - С. 10-11.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (рекомендуемое)

Санитарно-эпидемиологическое заключение золы-уноса Рефтинской ГРЭС

Шт

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО НАДЗОРУ В СФЕРЕ ЗАЩИТЫ ПРАВ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И БЛАГОПОЛУЧИЯ ЧЕЛОВЕКА

Управление Федеральной службы по защите прав потребителей и благополучия человека по

Свердловской области

САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

№ 66.01.40.571. П.003002.12.09 ОТ 07.12.2009 г.

Настоящим санитарно-эпидемиологическим заключением удостоверяется, что продукция: Зола-унос Рефтинской ГРЭС

изготовленная в соответствии ТУ 5717-004-79935691-2009

СООТВЕТСТВУЕТ ¿и^^вщи^щдщщ^ санитарным правилам

(ненужноезачеркнуть,указать полное наименование государственных санитарно-эпидемиологических правил и нормативов):

ГН 2.2.5.1313-03 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны". ГН 2.1.6.1315-03 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест". СанПин 2.6.1.2523-09 "Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)". СП 2.1.7.1386-03 "Санитарные правила по определению класса опасности токсичных отходов производства и потребления"

Организация-изготовитель

филиал "Рефтинская ГРЭС" ОАО "Энел ОГК-5", г. Асбест, пгт. Рефтинский, Рефтинская ГРЭС (Российская Федерация)

Получатель санитарно-эпидемиологического заключения

филиал "Рефтинская ГРЭС" ОАО "Энел ОГК-5", г. Екатеринбург, пр. Ленина, 38 (Российская Федерация)

Основанием для признания продукции, соответствующей (не соответствующей) Санитарным правилам, являются (перечислить рассмотренные протоколы исследований, наименование учреждения, проводившего исследования, другие рассмотренные документы):

Экспертное заключение от 07.12.09г. № 18-14-02-204ДП.ФГУЗ "Центр гигиены и эпидемиологии в Свердловской области" аттестат аккредитации №ГСЭ1-Ши.ЦОА.069 от 30.05.2008г. зарегистрирован в Госреестре Системы NePOCC.RU.№0001.510116 от 30.05..2008г.

№2729575

Г ТРИ

Вещества, Гигиенический

показатели (факторы) норматив

(СанПиН, МДУ, ПДК и др.)

Класс опасности по ГОСТ 12.1.007 третий

ПДК в воздухе рабочей зоны мг/мЗ, не более

пыль с содержанием кремния кристаллического от 10 до 70% 6,0/2,0

Удельная эффективная активность активность естественных радионуклидов, Бк/кг, 370 не более

Особенности действия на организм обладает фиброгенным

действием

Область применения:

в промышленности и строительстве , в качестве наполнителя и тампонажного материала,

Необходимые условия использования, хранения, транспортировки и меры безопасности:

по условиям и санитиарным правилам, с обязательным использованием средств индивидуальной защиты кожи, органов дыхания и органов зрения. Производственный контроль радиологических показатели безопасности продукции не реже 1 раза в 12 месяцев.

Информация, наносимая на этикетку:

происхождение, состав и область применения продукции.

потрвб^о^

Заключение действительно до

Главный государственный санитарный врач (заместитель главного государственного санитарного врача)

Гурвич

тиса

Формат А4. Бланк. Срок хранения 5 лет.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (рекомендуемое)

Протокол лабораторных испытаний радиологического исследования

золы-уноса Рефтинской ГРЭС

Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека Федеральное бюджетное учреждение здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в Свердловской области» Испытательный лабораториый центр

АТТЕСТАТ АККРЕДИТАЦИИ № РОСС RU.000I.5I0116

Дата внесения сведений в реестр аккредитованных лиц 25.12.2015 Юридический адрес: пер. Отдельны*. 3. г.Ккитеринбург, 620078 тел. [phone]; факс [phone] Реквизиты: ОКПО 01944619 ОГРН 1056603530510 И1Ш/К1П1 6670081969/667001001

ПРОТОКОЛ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ

№ 12083 от 19 сентября 2017 г.

1. Наименование предприятия, организации (заявитель): ПАО "ЭнедРосня"

2. Юридический адрес: 620014 г. Екатеринбург, ул. Хохрякова, 10

3. Наименование образца (пробы), дятя изготовления: Зола- унос №2; дата выработки: 11.09.2017

4. Изготовитель (фирма, предприятие, организация): ПАО "Эиел Россия" филиал "Рсфтн некая ГРЭС", Свердловская область, г.Асбест, п.Рефгинский

страна: РОССИЯ

5. Место отбора: ПАО "Энсл Россия" филиал "Рефтннская ГРЭС" Свердловская область, г.Асбест, п.Рефтинский

6. Условия отбора, доставки

Дятя и время отбора: 11.09.2017 12:30

Ф.И.О., должность: Дымаре кий В.В., главный специалист

Условия достявки: соответствуют НД

Дата и время достявки а ИЛЦ: 12.09.2017 11:45

Проба отобрана в соответствии с ГОСТ 30108-94 "Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов".

7. Дополнительные сведения:

Цель исследований, основание: Производственный контроль, договор .V? 16/3593 от 04.09.2017 Залвленис(заявка) № 7024 от 30.08.2017

8. НД на продукцию: ТУ 38.21.40-004-799-35691-2009

9. НД, регламеигарумицие объем лабораторных исследований и их оценку:

"Единые санитарно-эпидемиологические н гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю), утвержденные решением Комиссии Таможенного союза от 28.05.2010 г. №299"

10. НД иа метод измерения: М (методика) 40090.311700 "Методика измерения активности радионуклидов с использованием ецннтилляцконного гамма-спектрометра с программным обеспечением "Прогресс""

11. Код образца (пробы): 08.17.12083 ф I

12.* Средства измерений:

Тип поибооа Завадской номер К» сшшстелилш» о поверке Срок действия

1 Весы лабораторные ^5001 в 094026212 850964 от 16.12.2016 15.12.2017

2 Установка соектромстрическая МКС-01А МУЛЬТИРАД" 1403 853349 от 22.12.2016 21.12.2017

Протопим 120(3 распечатай 19092017

Результаты относятся к обращай (пробам), лроиклшим испытания Настоящий пропжол не мооает быть частично воспроизведем без письменного разрешения ИЛЦ

стр. I ю2

Радиологические исследования

Образец поступил 12.09.2017 12:15Регистрационмый номер пробы в журнале 12083 лага начала испытаний 12.09.2017 12:15 дата выдачи результата 19.09.2017 14:25

№ Уд.активносп, К-»0. Бк/кг Уд.актнвность Ка-226, Бк/кг У д. активность ТЬ-232. Бк/кг Зфф. уд.актнвность Лэфф, Бк/кг Класс

1 менсе 161.6 40*12 36*11

2 144*93 36*11 36*11

3 148*94 38*12 32*11

4 133*91 41*12 35*11

5 151*94 50*12 32*11

Среднее менее 270,9 41*20 34*15 97*31 класс 1 (Ак(>ф не боле« 370 Бк'кг)

Ф.И.О., должность лни», отаетстмнмою и оформление протоколе

Хл истова Н. В.. помощник санитарного врача

ПРИЛОЖЕНИЕ В (рекомендуемое) Паспорт качества портландцемента

Филиал «Сухоложскцемент» ООО «СЛК Цемент» ПАСПОРТ КАЧЕСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ ТИПА ЦЕМ I, КЛАССА ПРОЧНОСТИ 42:5, НО РМ А ЛЬНОТВЕ РДЕЮЩИЙ ЦЕМ Г 42,5Н ГОСТ 31 108-2016

ХАРАКТЕРИСТИКИ НОРМАТИВ ГОСТ 31108-201б: ГОСТ 30515-2013 СРЕДНЕЕ ФАКТИЧЕСКИ

1. ХИМИЧЕСКИИ СОСТАВ

010 ДА. 5 % 5.0 %

Шгепн пси пмкашвдшш, ППП не белее 5 % 2.33 %

19,8 %

Ощщ ШШШ А1зОз 4.5 %

О^д^шГе^ОЗ 3,5 %

62.3 %

Щелочные оксиды е пересчете на Na^O (ha:0 - CLfîïSKiO) 0.73 %

m Шш 5 % 0,4 %

Окгаы сеиы не.&шееЗ,5 % 3.1 %

Хйш-жа ci не. более 0 Л % 0.03 %

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПО ГОСТ 30744-2001

Тонкость помола (остаток на сите Хз 009) 0.8 %

3574 смл'г

кянеп щщ L3S ÎS^J. 220 вдн.

0:57 m

27.0 %

3. ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ ПО ГОСТ 30744-20 Л [при В-И = 0,5)

При изгибе е возрасте 2 суток 5=4 МШ

МШ

При сжатнн в возрасте 2 суток не. менее ю МПа 26,6 МШ

не менее 42,5 МПа не оолее 62.5 МПа 56,0 МШ.

4. СОСТАВ КЛИНКЕРА

ТиякалышеЕНН шхшкаи С:3 64.7 %

^узжшыишсвыа емаках С: 5 12.6 %

Суммарное содержание ЖЖШШШШШ!. силиката и лвкхнльпнеэеща 77,3 %

îvvv ^ Е ' " Î " Х 11,1 %

Хеяжш&дшзмн алюминат СзА 6.5 %

не белее 5 % 3.1 %

Массовое отношение оксида кальпня к оксиду кремния 3,0

5. ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов 370 EltaL а БЖ.

160

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (рекомендуемое)

Сертификат соответствия шлака доменного гранулированного молотого тпебгтяниям нопмятитшътх документов

СИСТЕМА СЕРТИФИКАЦИИ ГОСТ V Ф1лкг11ышк mi iiKTito но техническом* регул н in шли и и» п метрологии

СЕРТИФИКАТ СООТВЕТСТВИЯ

.V» РОСС RU.AM32.H08920

Срок действия с 06.10.2014 no 0S.I0.20I7

№ 0878659

ОРГ АН IIO СЕРТИФИКАЦИИ per. -V> РОСС RU.OOOI.IOAH32 Обществос ограниченной ответетвснмлстъю "Дальневосточный сертификационный иситр" (ОГРН I102539005634) 690105.Российски Федерация. г Владивосток, ул. Бородинская, д. 46/50. Телефон [phone]. факс [phone]. | 2345019. адрес электронной почты d\csi32 amail.ru.

nPO.V КI(И Я Шлак доменный гранулированный молотый

Серийный выпуск по ГУ 0799-001-99126491-2013. код ОК 003 ЮКГЦ

07 9920

I СООТВЕТСТВУЕТ ТРЕБОВАНИЯМ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ it ТУ 0799-001 -99126491 -2013 код TH ВЭД России

ш

ИЗГОТОВИТЕЛЬ ООО "Мелел-Материалы". Адрес 454047. Россия. Челябинская области, г Челябинск, ул. 2-ая Павелецкая. 14. ОГРН I07S003000324

Телефон «<351)725-49-22« Факс «[phone].

СЕР1ИФИКА1 ВЫДАН ООО "Мсчед-Матермалы" Адрес 454047. Россия. Челябинская область, i Челябинск, уд 2-ая Павелецкая. 14. ОГРН 1075003000324 Телефон «<351) 725-49-22« Факс 8<351) 725-59-75.

НА 0< КОВАНИИ Протокат испытаний St 1631 • ТС 609-2014 от 0«.09 2014г Испытательная лаборатория ООО "БИЗНЕС ХЭЛП" аттестат аккредитации S* РОСС RU 0001 21АВ87 выдан 21.10.2011 г. Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии, срок действия то 21.10.2016г. адрес 115191.г. Москва, ул 2-я Рощинская, д.4. этаж 2,пом. I. коми 6. тел. [phone]?

ДОПОАНИТЕАЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ Схема сертификации 3

руководите\ь органа Каф|ашкин Л.В

Е. »«I» — п " яшм

/ Эксперт 1 / Баранов А.Н.

^Я-ртифик.п не применяется при обязательной сертификации

ПРИЛОЖЕНИЕ Д (рекомендуемое) Опытно-промышленный технологический регламент производства высокопрочного безобжигового зольного гравия из золы-уноса Рефтинской ГРЭС

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Ь.П. Ельцина»

СОГЛАСОВАНО: УТВЕРЖДАЮ:

Директор. 1

ООр^Град^^

_/ A.B. Демидов

« ¿Г» . ¿Vt 2024 г.

ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ на производство высокопрочного безобжигового зольного гравия из золы-уноса Рефтинской ГРЭС

ОПТР. 001-2024 Срок действия: с 01.02.2024 г. по 31.12.2026 г.

Екатеринбург, 2024 1

Содержание

1 Область применения................ .........................................................

2 Нормативные ссылки..................................................................................................

3 Термины и определения.............................................................................................

4 Общие положения....................................................................................

5 Требования к сырцовым гранулам и безобжиговому зольному гравию...............

6 Требования к сырьевым материалам................................................................

7 Основные технологические параметры и технологическая схема производства

8 Аппаратурная схема производства и спецификация оборудования......................

9 Материальный баланс...............................................................................

10 Переработка и обезвреживание отходов производства.........................................

11 Контроль производства и качества гравия......................................................

12 Безопасная эксплуатация производства..........................................................

1 Область применения

Настоящий технологический регламент распространяется на производство высокопрочного безобжигового зольного гравия из золы-уноса Рефтинской ГРЭС на опытно-промышленной грануляционной установке.

2 Нормативные ссылки

ГОСТ 12.1.005-88. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования. Введ 01.01.1989. М.: Стандартинформ, 2008.

ГОСТ 6318-77. Натрий сернокислый технический. Технические условия. Введ. 01.01.1977. М.: Изд-во стандартов, 1990.

ГОСТ 9758-2012. Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний. Введ 01.11.2013. М.: Стандартинформ, 2014.

ГОСТ 23732-2011. Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия. Введ 01.10.2012. М.: Стандартинформ, 2012.

ГОСТ 31108-2020. Цементы общестроительные. Технические условия. Введ. 01.03.2021. М.: Стандартинформ, 2020.

ГОСТ 31424-2010. Материалы строительные нерудные из отсевов дробления плотных горных пород при производстве щебня. Технические условия. Введ 01.07.2011. М.: Стандартинформ, 2011.

ГОСТ Р 58577-2019. Правила установления нормативов допустимых выбросов загрязняющих веществ проектируемыми и действующими хозяйствующими субъектами и методы определения этих нормативов. Введ 01.01.2020. М.: Стандартинформ, 2019.

Правила техники безопасности и производственной санитарии промышленности строительных материалов» Часть II, разд. 12. Дата актуализации 01.01.2021. М.: Стройиз-дат, 1987.

СаНПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защигные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. Введ. 01.03.2008. М.: Минздрав России, 2022.

ТУ 08.12.13-001-00105638-2020. Зола-унос Рефтинской ГРЭС. Введ.01.12.2020. Асбест: ОСП Рефтинская ГРЭС АО «Кузбассэнерго», 2020.

ТУ 0799-001-99126491-2013. Шлак доменный гранулированный молотый. Введ. 01.10.2013. Челябинск: ООО «Мечел-Магериалы», 2013.

3 Термины, определения и сокращения

Безобжиговый зольный гравий (БЗГ) - искусственный пористый заполнитель, получаемый в виде гранул из предварительно увлажненной смеси, содержащей золу-уноса, портландцемент и добавки, их твердения тепло-влажностных или естественных условиях.

Зола-уноса - тонкодисперсный материал с размером частиц менее 0,315 мм, образующийся из минеральной части твердого топлива, сжигаемого в пылевидном состоянии, и улавливаемой золоулавливающими устройствами из дымовых газов тепловых электростанций.

4 Общие положения

В современном строительстве зданий и сооружений одним из массовых строительных материалов является бетон. Важнейшим компонентом бетонов, занимающим наибольший объем в составе и во многом определяющим их строительно-технические свойства и назначение, являются крупные заполнители, различающиеся размером и формой зерна, свойствами и технологией производства. Заполнители требуемых видов и качества получают переработкой горных пород или техногенных отходов, образующихся в металлургии, теплоэнергетике и других отраслях экономики, что способствует решению важных экологических и экономических вопросов.

Для производства заполнителей бетонов многие регионы России не обеспечены природными каменными материалами в необходимом количестве, а в других - их запасы значительно исчерпаны. Месторождения прочных горных пород, используемых для получения тяжелых заполнителей, а также месторождения природных пористых заполнителей, часто расположены на значительном расстоянии от объектов строительства, что существенно увеличивает затраты на их транспортировку. Альтернативным предложением могут быть искусственные пористые заполнители (керамзит, шлаковый щебень, аглопоритовый гравий, зольный гравий, безобжиговые шлаковый и зольный гравий и другие), характеризующиеся низкой плотностью и достаточно высокой прочностью.

На территории Свердловской области, занимающей значительную часть Среднего Урала, эксплуатируется несколько крупных «угольных» тепловых электростанций, например Рефтинская и Верхнетагильская ГРЭС. На Рефтинской ГРЭС, сжигающей каменный уголь Экибастузского бассейна, образуется наибольшее количество золошлаковых отходов (до 5 млн. т в год), которые в основном складируются на отвале, загрязняя окружающую природную среду. Объем их утилизации, главным образом в производстве строительных

материалов и изделий, не превышает 8 % от текущего выхода золошлаков. На территории ГРЭС эксплуатируется новая система сбора, складирования в силос и отгрузки потребителям сухой золы-уноса. С целью увеличения объемов переработки золы и расширения номенклатуры специальных видов заполнителей для конструкционных бетонов предлагается организовать на территории, прилагающей к Рефтинской ГРЭС, производство БЗГ.

В настоящее время на территории Российской Федерации отсутствуют производства БЗГ. Попытки организовать производство такого заполнителя для бетонов были. Так в 2011 г. ЗАО «Иркутскзолопродукт» по результатам выпуска опытной партии заполнителя объемом около 2 тыс. м3 планировало строительство завода по производству БЗГ в Иркутской области (на базе ТЭЦ-10 в Ангарске), но данный проект так не был реализован. Одной из возможных причин отсутствия производства БЗГ является низкое качество заполнителя и не сформированный рынок его потребления.

На кафедре материаловедения в строительстве УрФУ проведены комплексные исследования и разработан технологический регламент опытно-промышленного производства БЗГ из золы-уноса Рефтинской ГРЭС. Настоящий опытно-промышленный технологический регламент содержит основные положения по производству высокопрочного БЗГ, требования к качеству сырьевых материалов и БЗГ, основные технологические параметры, технологическую и аппаратурную схемы производства, спецификацию оборудования, материальный баланс, предложения по переработке и обезвреживанию отходов производства, контролю производства и качества гравия.

5 Требования к сырцовым гранулам и безобжш овому зольному гравию

Сырцовые зольные гранулы размером 14-16 мм при сходе с тарельчатого гранулято-ра должны удовлетворять следующим требованиям:

- количество сбрасываний с высоты 300 мм - не менее 5 раз;

- предельная высота сбрасывания без разрушения - не менее 0,6 м.

Свойства БЗГ, предназначенного для применения в качестве заполнителя в составе легких и облегченных цементных бетонов классов по прочности 1315, В20, В22,5, В25, регламентируются требованиями специально разработанных технических условий.

Зерновой состав и физико-механические свойства БЗГ должны удовлетворять следующим требованиям:

- гравий производится следующих основных фракций: от 5 до 10 мм, от 10 до 20 мм и от 20 до 40 мм. Содержание мелких зерен в каждой фракции не должно превышать 15 мае. %, крупных зерен - должно быть не более 10 мае. %;

- насыпная плотность (в сухом состоянии) - от 1000 до 1100 кг/м3;

- прочность при сдавливании в цилиндре - не менее 8,0 МПа;

- морозостойкость — не менее Р50;

- содержание расколотых зерен - не более 15 мае. %;

- водоноглощение в течение 1 ч - не более 15 мае. %.

6 Требовании к сырьевым материалам

6.1 Для производства высокопрочного БЗГ используют следующие материалы:

- зола-уноса сухого отбора, образующаяся при сжигании каменного угля Экиба-стузского бассейна (Казахстан) на Рефтинской ГРЭС;

- портландцемент;

- шлак доменный гранулированный молотый;

- натрий сернокислый технический;

- вода водопроводная.

6.2 Качество сырьевых материалов должно быть подтверждено соответствующими документами о качестве или сертификатами соответствия. При отсутствии документов о качестве (сертификатов) на сырьевые материалы все необходимые испытания, должны быть проведены перед производством БЗГ.

6.2.1 Зола-уноса Рефтинской ГРЭС по дисперсности, содержанию топливных остатков и химическому составу должна удовлетворять требованиям технических условий ТУ 08.12.13-001-00105638-2020 (таблица 1). Влажность золы не более 3 %. Таблица 1 - Качественные показатели золы-уноса Рефтинской ГРЭС

Наименования показателей Требования ТУ 08.12.13-001-00105638-2020

Удельная поверхность, м /кг Не менее 150

Потеря массы при прокаливании, мае. % Не более 5,00

Содержание оксида кальция, мае. % Не более 10,00

Содержание оксида магния, мае. % Не более 5,00

Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на БОз, мае. % Не более 5,00

Содержание оксида натрия, мае. % Не более 1,5

Содержание оксида натрия, мае. % Не более 1,5

6.2.2 Для производства БЗГ рекомендуется использовать портландцемент типа ЦЕМ 0 или ЦЕМ I класса прочности 42,5 нормальнотвердеющий в соответствии с требованиями ГОСТ 31108-2020.

6.2.3 Шлак доменный гранулированный молотый производства ООО «Мечел-Материалы» (г. Челябинск) должен соответствовать требованиям технических условий ТУ 0799-001-99126491-2013.

6.2.4 Натрий сернокислый технический На2804 по ГОСТ 6318-77 - кристаллический порошок белого цвета, растворимый в воде, используется в качестве ускорителя твердения цемента и вводится в сырьевую смесь вместе с водой увлажнения.

6.2.5 Вода по ГОСТ 23732-2011.

7 Основные технологические параметры и технологическая схема производства

Производство высокопрочного БЗГ включает следующие основные технологические операции:

- складирование сырьевых материалов;

- приготовление 1,6 % раствора сульфата натрия (из расчета 16 кг сухого К^ЯО^ на 1 м3 воды);

- дозирование сырьевых материалов в следующем количестве, мае. %: 60 зола-уноса, 20 портландцемент, 20 шлак доменный молотый;

- увлажнение сырьевой смеси раствором сульфата натрия;

- перемешивание сырьевой смеси, содержащей золу, цемент, молотый шлак и раствор сульфата натрия;

- окомкование золоцементной смеси на тарельчатом грануляторс и получение сырцовых гранул;

- твердение сырцовых гранул в конвейерной пропарочной камере;

- рассев БЗГ на фракции: менее 5, 5-10, 10-20 и более 20 мм;

- складирование гравия но фракциям.

Технологический процесс гранулирования золоцементной смеси осуществляется при следующих условиях:

- температура окружающей среды в производственном помещении - не менее 10 °С;

- температура золы - не более 80 °С;

- температура воды - не менее 10 °С;

- температура раствора сульфата натрия - не менее 10 °С;

- расход 1,6 %-ого раствора сульфата натрия на увлажнение смеси - 25-26 % от массы сухих золы, цемента и шлака;

- продолжительность перемешивания золоцементной смеси - 4-5 мин;

- температура увлажненной золоцементной смеси, подаваемой на грануляцию - не более 50 °С;

- продолжительность окомкования смеси на тарельчатом грануляторе - 8-10 мин;

- продолжительность предварительного твердения сырцовых гранул - 50-60 мин.;

- высота слоя сырцовых г-ранул на конвейере пропарочной камере - не более 300 мм;

- режим твердения гранул в пропарочной камере: подъем температуры - 3 ч, изотермическая выдержка при температуре 85 °С - 6 ч, охлаждение до 20-30 °С - 3 ч;

- температура окружающей среды при хранении БЗГ на складе - не выше 30 °С. Потери золы, цемента, молотого шлака и воды при производстве БЗГ принимаем

равными 0,5 % от их расхода, сульфата натрия - не более 0,2 %.

Технологическая схема получения высокопрочного БЗГ из золы-уноса Рефтинской ГРЭС приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Технологическая схема производства высокопрочного БЗГ из золы-уноса Рефтинской ГРЭС

8 Аппаратурная схема производства и спецификация оборудования

На рисунке 2 представлена аппаратурная схема производства высокопрочного БЗГ. Зола-уноса, портландцемент, шлак доменный молотый, и натрий сернокислый доставляют автомобильным транспортом (1), разгружают на складе. Золу, цемент и шлак разгружают пневматическим способом и складируют в силосах (2), сульфат натрия - в крытом складе. Из силосов золу, цемент и молотый шлак сжатым воздухом при помощи пневмовинтовых насосов (3) по аэрожелобам подают в расходные бункера (4), (5), (6).

Приготовление раствора сульфата натрия рабочей концентрации осуществляют в вертикальном аппарате с перемешивающим устройством (7). Сульфат натрия выгружают из биг-бегов в расходный бункер, из которого через дозатор порционно его подают в емкость мешалки (7), куда также поступает вода. При перемешивании сульфат натрия растворяется в воде. Приготовленный раствор сульфата натрия требуемой концентрации по трубопроводу самотеком через открытый запорный вентиль подают в расходный бак с дозатором (8).

Из расходных бункеров зола, цемент и молотый шлак через весовые дозаторы (9), (10) и (11) поступают в смеситель лопастной двухвальный (12), куда также подают приготовленный раствор сульфата натрия. По мере перемещения к разгрузочному отверстию материалы в смесителе перемешиваются с получением однородной массы, которую выгружают на тарельчатый гранулятор (13), где ее окомковывают. При необходимости для дополнительного увлажнения смеси при окомковании на гранулятор распыляют воду через систему форсунок. В результате вращательного движения тарели гранулятора увлажненная ЗЦС окатывается, образуются сырцовые гранулы, которые выгружают на ленточный конвейер (14) и подают в ковшой конвейер туннельной пропарочной камеры (15). В пропарочной камере зольные гранулы подвергают тепловлажностной обработке водяным паром для ускорения твердения и набора прочности. На выходе из пропарочной камеры затвердевший БЗГ выгружают на ковшовый цепной элеватор (16), с помощью которого подают на барабанную гравиесортировку (17), где производится рассев по размеру зерен на фракции. Гра-виесортировка представляет собой вращающийся цилиндр с разными размерами ячеек сита благодаря чему из общей массы гранул происходит сортировка по фракциям. Рассортированный по фракциям БЗГ хранится в отдельных металлических силосах (18, 19, 20, 21), конструкция которых исключает попадания влаги, снега, посторонних предметов и загрязнений. Для очистки загрязненного воздуха при загрузке в силос золы, цемента и молотого шлака применяют воздухоочистительные устройства - батарейные циклоны.

Спецификация основного оборудования, применяемого для производства высокопрочного БЗГ, представлена в таблице 2.

о

Таблица 2 - Спецификация основного оборудования

Наименование оборудования Количество единиц Габаритные размеры, мм Мощность, кВт Масса, кг Производительность, т/ч

I ранулятор тарельчатый ОТ-300 1 3220x3470x4050 19,8 6860 4-8

Смеситель лопастной двух вальный 1 5650x1650x1500 18,5 3600 до 7

Гравиесортировка барабанная 1 5692x2232x2780 4,5 3800 до 10

Горизонтальная пропарочная камера непрерывного действия 1 125000x4000x1500 До 8

9 Материальный баланс

Материальный баланс по получению БЗГ составлен по результатам исследований окомкования золоцементной смеси на лабораторном тарельчатом грануляторе. В таблице 3 представлен состав смеси и расход материалов для получения БЗГ из золы-уноса Рефгин-ской ГРЭС без учета технологических потерь, таблице 4 - с учетом технологических потерь сырьевых материалов. Расход сырьевых материалов при производительности опытно-промышленной грануляционной установки 4 м3/ч БЗГ приведен в таблице 5. Таблица 3 - Состав смеси и расход сырьевых материалов для получения 1 м3 БЗГ

Компоненты Состав, мае. % Расход компонентов кг/м'

Зола-уноса 60 610

Портландцемент 20 203

Шлак доменный гранулированный молотый 20 203

Сульфат натрия 2 от массы цемента 4,1

Вода 25 от массы сухих компонентов 254

Таблица 4 - Расход сырьевых материалов для получения 1 м3 БЗГ

Компоненты Расход компонентов кг/м3

Зола-уноса 613

Портландцемент 204

Шлак доменный гранулированный молотый 204

Сульфат натрия 4,2

Вода 255

Таблица 5 - Расход сырьевых материалов для производства БЗГ на грануляционной установке с учетом технологических потерь

Компоненты Расход компонентов кг/ч

Зола-уноса 2452

Портландцемент 816

Шлак доменный гранулированный молотый 816

Сульфат натрия 16,8

Вода 1020

10 Переработка и обезвреживание отходов производства

При получении БЗГ из золы-уноса Рефтинской ГРЭС на грануляционной установке предусматривается система обеспыливания и улавливания тонкодисперсных частиц. На си-лосах для очистки загрязненного воздуха при загрузке золы-уноса, цемента и измельченного доменного установлены батарейные циклоны, на расходных бункерах - циклоны. При подборе обеспыливающего оборудования учитывают следующие основные эксплуатационные параметры: концентрация пыли до 250 г/м3, наибольшее разрежение до 60 кПа. В соответствие с санитарной классификацией предприятий по СаНПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 производство искусственных пористых заполнителей относится к третьему классу с размером санитарно-защитной зоны 300 м. Проектные решения по аспирации и обеспыливанию должны отвечать требованиям стандартов ГОСТ 12.1.005-88 и ГОСТ Р 58577-2019.

11 Контроль производства и качества гравия

Основной задачей контроля производства БЗГ на опытно-промышленной грануля-

ционной установке является обеспечение выпуска продукции требуемого качества при оптимальных экономических показателях производства. Для этого производственный процесс должен проводиться на заданном технологическим регламентом уровне при постоянном контроле его основных параметров. При входном контроле проводится проверка паспортов и других сопроводительных документов на сырьевые материалы, поступающие на предприятие; операционном контроле - контролируются технологические параметры производства БЗГ; приемочном контроле - определяются свойства БЗГ и их соответствие требованиям технологического регламента. Схема технического контроля, включающая входной контроль, операционный и приемочный приведена в таблице 6.

Для обеспечения стабильности технологического процесса и качества производимого БЗГ необходимо проводить приемочный и после операционный контроль сырцовых гранул и гравия, отгружаемого потребителю. Для осуществления такого контроля на опытно-промышленной установке создается лаборатория.

Соответствие качества БЗГ требованиям п. 5 технологического регламента устанавливают по результатам операционного и приемочного контроля. При операционном контроле не реже одного раза в сутки для сырцовых гранул определяют:

- зерновой состав;

- количество сбрасываний с высоты 300 мм;

- предельную высоту сбрасывания, которую выдерживают гранулы без разрушения;

При приемо-сдаточных испытаниях для БЗГ не реже одного раза в сутки определяют:

- зерновой состав;

- насыпную плотность;

- прочность при сдавливании в цилиндре.

При периодических испытаниях для БЗГ один раз в месяц определяют содержание расколотых зерен, водоноглотцение и морозостойкость.

Испытание свойств гравия проводят по ГОСТ 9758-2012.

Результаты операционного и приемочного контроля должны быть зафиксированы в соответствующих журналах лаборатории.

12 Безопасная эксплуатация производства

Требования безопасности к производственным процессам, производственному оборудованию предусматриваются «Правила техники безопасности и производственной санитарии промышленности строительных материалов» (часть. II, разд. 12).

Таблица 6 - Технический контроль производства и качества БЗГ

Предмет контроля Параметры контроля Место отбора проб для контроля Периодичность контроля Методы контроля

Входной контроль

Сырьевые материалы Качество сырьевых материалов подтверждается соответствующими документами о качестве - паспорта или сертификаты соответствия. При отсутствии документов о качестве (сертификатов) на сырьевые материалы все необходимые испытания, должны быть проведены перед производством БЗГ.

Операционный контроль

Подготовка сырьевых материалов (минеральная добавка) Зерновой состав (удельная поверхность) Один раз в смену и в сомнительных случаях ГОСТ 310.2-76, удельную поверхность и средний размер частиц -методом воздухопроницаемости на приборе ПСХ

Химические добавки Расход После дозирующего устройства Непосредственным измерением

Гранулятор тарельчатый Прочность сырцовых гранул при ударе Постоянно Непосредственным измерением

Камера пропарочная Температура, режим На рабочем месте Постоянно Непосредственным измерением

Приемочный контроль

Качество готовой продукции при ее отпуске со склада Зерновой состав, насыпная плотность, прочность Склад готовой продукции При отпуске партии ГОСТ 9758-2012

Морозостойкость Один раз в три месяца при изменении сырья или технологии производства