Применение зол уноса и золошлаковых смесей при строительстве автомобильных дорог

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИМЕНЕНИЕ ЗОЛ УНОСА И ЗОЛОШЛАКОВЫХ СМЕСЕЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Обзорная информация отечественного и зарубежного опыта применения отходов от сжигания твердого топлива на ТЭС



Содержание

Предисловие

1. Общие положения

2. Свойства зол и шлаков ТЭС

2.1 Химические и физические характеристики зол и шлаков

2.2 Классификация зол и шлаков

3. Технические требования к золошлаковым материалам

4. Отечественный и зарубежный опыт применения зол и золошлаковых смесей в дорожном строительстве

4.1 Применение зол сухого улавливания в качестве самостоятельного медленно твердеющего вяжущего материала или гидравлической добавки к цементу или извести

4.2 Применение зол сухого улавливания в качестве добавки к битумам или полимерно-битумным вяжущим

4.3 Применение - золошлаковых смесей для устройства земляного полотна

4.4 Применение золошлаковых смесей для устройства слоев дорожных одежд

4.5 Применение зол и золошлаковых смесей в асфальтобетоне

4.6 Применение золошлаковых смесей в цементобетоне

4.7 Зарубежный опыт применения зол и золошлаковых смесей в дорожном строительстве

5. Основные нормативные документы и методические рекомендации по применению зол и золошлаковых материалов в дорожном строительстве

Литература

Приложение



Предисловие

Освещены вопросы применения зол и золошлаковых материалов при строительстве земляного полотна и слоев дорожных одежд; при укреплении грунтов различного состава как в виде самостоятельного вяжущего материала, так и в качестве компонента комплексного вяжущего.

Рассмотрены классификационные характеристики отходов от сжигания твердого топлива, приводимые в литературных источниках по их использованию в дорожном строительстве.

Даны результаты исследования свойств золошлаковых отходов от сжигания углей различных месторождений России применительно к условиям дорожного строительства.

Изложен отечественный и зарубежный опыт строительства земляного полотна и слоев дорожных одежд с применением зол сухого улавливания и отвальных смесей гидроудаления.

Перечислены действующие нормативные требования к таким отходам. - Табл. 11

В России около 70% всей электроэнергии вырабатывается при сжигании твердого топлива - углей, сланцев, торфа, в результате чего образуется около 50 млн. тонн в год отвалов золошлаковых смесей. К концу 2001 г. в отвалах ТЭС находилось свыше 1,2 млрд. тонн таких отходов, а уровень их утилизации составляет только около 10%. Поэтому использование отходов от сжигания твердого топлива - это не столько вопрос экономии материальных ресурсов, сколько проблема возрастающего загрязнения окружающей среды и, следовательно, здоровья нации.

В настоящее время во многих странах, в том числе в России, накоплен достаточно большой опыт применения золошлаковых материалов во многих отраслях народного хозяйства.

Обзор отечественного и зарубежного опыта использования зол и золошлаковых материалов освещает вопросы их применения при строительстве земляного полотна и слоев дорожных одежд. Так, золы сухого улавливания и золошлаковые материалы можно использовать при укреплении грунтов различного состава, как в виде самостоятельного вяжущего материала, так и в составе комплексного вяжущего (в сочетании с органическими и неорганическими вяжущими, смолами). Накоплен опыт применения этих материалов в асфальто- и цементобетонах.

Рассмотрены классификационные характеристики отходов от сжигания твердого топлива, приводимые в литературных источниках по их использованию в дорожном строительстве.

Даны результаты исследования свойств золошлаковых отходов от сжигания углей различных месторождений России применительно к условиям дорожного строительства.

Изложен отечественный и зарубежный опыт строительства земляного полотна и слоев дорожных одежд с применением зол сухого улавливания и отвальных смесей гидроудаления

Перечислены действующие нормативные требования к этим отходам.

Настоящая работа составлена Е.Н. Путилиным и B.C. Цветковым.

В сборе материалов по применению зол и шлаков в дорожном строительстве большую помощь оказали работники отдела научно-технической информации и международного сотрудничества Союздорнии, за которую авторы выражают им благодарность и искреннюю признательность



1. Общие положения

Потребление материальных ресурсов при строительстве автомобильных дорог чрезвычайно велико. На возведение 1 км автомобильной дороги в зависимости от ее категории и местных условий требуется:

- для сооружения земляного полотна - 6-60 тыс. м³ грунта;

- для создания дренирующих и морозозащитных слоев - 1,6-6 тыс. м³ песка;

- для строительства дорожного основания - 0,8-5,4 тыс. м^{3 -} щебня или грунта, укрепленного вяжущими материалами;

- для строительства дорожных покрытий - 1,1-4,7 тыс. т асфальтобетона (что требует 55-235 т битума) или 1,2-4,8 тыс. м³ цементобетона (480-1700 т цемента)

Уменьшение потребности в дорожно-строительных материалах и повышение эффективности их использования остается важнейшей проблемой. Многолетние научные исследования и практика дорожного строительства показали, что одним из путей ее решения является применение вторичных ресурсов - отходов промышленности, которые можно использовать или в качестве непосредственно дорожно-строительного материала или как исходный продукт для его получения.

К таким отходам относятся золы и шлаки - продукты сжигания на тепловых электростанциях (ТЭС) твердого топлива: угля, торфа, сланцев и других горючих материалов. Следует различать

1 - золу уноса сухого улавливания, когда зола, поступающая с электрофильтров и из циклонов ТЭС в золосборники, направляется специальным пневмотранспортом в силосные склады либо непосредственно в транспортные средства потребителей;

2 - золошлаковую смесь гидроудаления, когда при очистке золосборников с помощью воды зола и шлак в виде золопульпы удаляется в отвалы.

В России золы и золошлаковые смеси образуются на 200 ТЭС (ТЭЦ, ГРЭС), и только приблизительно на 20 из них имеются установки для сухого улавливания золы. Объем золошлаковых отходов после сжигания углей, сланцев и торфа, по данным Всероссийского теплотехнического научно-исследовательского института (ВТИ), составляет 40-50 млн. т в год. В отвалах энергосистем России к концу 2001 г. находилось около 1,2 млрд. т золошлаковых материалов (табл. 1).

Таблица 1 Сводная таблица образования и накопления золошлаковых отходов в энергосистемах России по состоянию на 31 декабря 2001 г. - (данные ВТИ)

АО-энерго ТЭС	Образовано ЗШО в 2001 году, тыс. т	Накоплено ЗШО к 31.12.01, тыс. т
ОЭС "Центрэнерго". Всего:	2138,199	246379,197
Астраханьэнерго		61,0
Белгородэнерго	0,8
Владимирэнерго		1909,839
Волгоградэнерго	51,453
Вологдаэнерго	180,836	11463,836
Воронежэнерго	29,321	845,818
Ивэнерго	28,3	7501,5
Костромаэнерго	6,831	209,972
Курскэнерго	7,222	4007,1
Нижновэнерго		8455,0
Рязанская ГРЭС	280,0	37874,981
Тверьэнерго	7,355	548,238
Тулэнерго	10,7	96278,7
Черепетская ГРЭС	379,581	43871,279
Мосэнерго	439,5	3^1395,7
Тамбовэнерго		1.367,734
Ярэнерго	716,3	! 588,5
ОЭС "Волгаэнерго". Всего:	58,124	8071,263
Самарэнерго	53,3	8071,0
Чувашэнерго	4.824	0,263
ОЭС "Севзапэнерго". Всего:	840,933	43418,577
Архэнерго	281,379	6786,356
Брянскэнерго	1,073	3115,352
Комиэнерго	357,285	9947,665
Колэнерго	147,0	9068,0
Новгородэнерго	4,826	548,004
Смоленскэнерго	11,6	11352,0
Ленэнерго	37,77	2601,2
ОЭС "Уралэнерго". Всего:	10184,263	468400,381
Башкирэнерго	60,846	172,704
Кировэнерго	95,566	25599,079
Курганэнерго	122,27	18491,29
Свердловэнерго	7305,861	210369,944
Оренбургэнерго		8070,2
Удмуртэнерго	13,9	1065,864
Пермэнерго	57,52	19586,8
Челябэнерго	1159,6	90288,2
Троицкая ГРЭС	1368,7	94756,3
ОЭС"Сибирьэнерго". Всего:	8811,521	300595,59
Иркутскэнерго	1476,8	73062,8
Алтайэнерго	469,571	15022,81
Гусиноозерская ГРЭС	210.5	6729,6
Харанорская ГРЭС	103,762	680,018
Березовская ГРЭС	145,637	1371,815
Бурятэнерго	127,437	3978,937
Красноярскэнерго	524,3	14668,0
Красноярская ГРЭС-2	178,4	10754,0
Новосибирскэнерго	674,002	24961,622
Томскэнерго	18,551	1251,199
Кузбассэнерго	2711,3	85750,8
Туваэнерго	16,3	80,0
Омскэнерго	1736,44	50864,522
Читаэнерго	372,931	10626,689
Хакасэнерго	45,59	792,778
ОЭС "Востокэнерго". Всего:	19285,314	141940,263
Хабаровскэнерго	987,287	15844,665
Сахалинэнерго	375,223	7420,267
Магаданэнерго	65,0	5064,6
Дальэнерго	807,1	40897,5
Чукотскэнерго	37,0	674,4
Амурэнерго	208,5	8556,4
Якутскэнерго	236.087	8055,993
Приморская ГРЭС	16569,117	55426,438
ОЭС "Южэнерго". Всего:	861,721	47046,021
Ростовзнерго	29,9	5355,2
Новочеркасская ГРЭС	831,821	41690,821
ИТОГО:	42180,075	1255851,292

Уровень утилизации этих отходов в России составляет около 10%; в ряде развитых стран - около 50%, во Франции и в Германии - 70%, а в Финляндии - около 90% их текущего выхода. Там применяются в основном сухие золы, и проводится государственная политика, стимулирующая их использование. Так, в Польше резко повышена цена на землю под золоотвалы, поэтому ТЭЦ доплачивают потребителям с целью снизить собственные затраты на их складирование. В Китае золы доставляются потребителям бесплатно, а в Болгарии сама зола бесплатна. В Великобритании действуют пять региональных центров по сбыту зол [1].

Отвалы ТЭС в России занимают значительные территории (около 200 тыс. га), являются источником загрязнения воздушного и водного бассейнов и увеличивают минерализацию грунтовых вод. В ряде регионов эти отвалы значительно осложнили экологическую обстановку. Если учесть, что около 70% всей электроэнергии в стране вырабатывается при сжигании твердого топлива, то рост золошлаковых отходов будет продолжаться и, следовательно, возрастет их отрицательное воздействие на экологию. Таким образом, утилизация золошлаковых отходов становится уже не столько вопросом экономии материальных ресурсов, сколько проблемой безопасности населения страны. Научные исследования и практика дорожного строительства показали, что золы и шлаки от сжигания твердых видов топлива представляют собой материалы, пригодные для применения во многих отраслях народного хозяйства [42]:

- в сельском хозяйстве - как удобрение;

- в металлургии - как шихта для получения алюминия и концентрат для получения железа;

- в строительной индустрии золошлаковые смеси и золы сухого улавливания - как сырье для цементов и бесклинкерных вяжущих, бетонов (тяжелых, легких, ячеистых), пористых заполнителей, силикатных, керамических, теплоизоляционных и других материалов.

В дорожном строительстве золы и золошлаковые смеси используются при сооружении земляного полотна, для устройства укрепленных оснований, в качестве заполнителя и минерального порошка в асфальтобетонах. Золы сухого улавливания можно применять в качестве самостоятельного вяжущего, а также как активную добавку к неорганическим и органическим вяжущим веществам.

Широкий размах работы по использованию золошлаковых материалов в дорожном строительстве России приняли в 70-х годах. Связано это было с правительственными постановлениями по утилизации топливных отходов ТЭС.

В 1976 г. Министерство транспортного строительства СССР утвердило "Технические условия по использованию зол уноса и золошлаковых смесей от сжигания различных видов твердого топлива для сооружения земляного полотна и устройства дорожных оснований и покрытий автомобильных дорог" ВСН 184-75, в которых установлены требования к применению зол и золошлаковых материалов в дорожном строительстве.

В 80-х годах научно-исследовательские работы и практическое использование этих материалов были значительно активизированы. Это было связано с созданием и развитием сети автомобильных дорог в Западной Сибири, Нечерноземной зоне, где ресурсы традиционных дорожно-строительных материалов (высокопрочного щебня, песка, цемента) ограничены.

B 1976-1990 гг. был разработан ряд нормативных документов, развивающих возможности использования зол и золошлаковых смесей в дорожном строительстве. Их перечень приведен в разд. 5.

Строительство автомобильных дорог с применением зол и золошлаковых материалов осуществлялось в различных регионах России, особенно в районах, испытывающих дефицит традиционных дорожно-строительных материалов (щебня, песка, цемента). При строительстве автомобильных дорог Москва-Серпухов, Москва-Рига, Москва-Кашира с применением зол и золошлаковых смесей построено около 300 км дорог. На автомобильной дороге Алтай-Кузбасс на отсыпке слоев земляного полотна использовано 65 тыс. м³ золошлаковых материалов. Алтайавтодор в 1999-2002 гг. применял золы уноса Барнаульской ТЭЦ в конструктивных слоях дорожных одежд на автомобильных дорогах III-IV категорий.



2. Свойства зол и шлаков ТЭС

2.1 Химическме и физически характеристики зол и шлаков

Зола - несгорающий остаток с зернами мельче 0,16 мм, образующийся из минеральных примесей топлива при полном его сгорании и осажденный из дымовых газов золоулавливающими устройствами. В зависимости от вида топлива зола подразделяется на антрацитовую, каменноугольную, буроугольную, сланцевую, торфяную и др. Содержание золы при сгорании топлива различно: в каменных и бурых углях - от 1 до 45%, в горючих сланцах - от 50 до 80%, в топливном торфе - от 2 до 30%. По способу удаления различают: золу сухого отбора (зола уноса) и мокрого (зола гидроудаления). Зола уноса получается в результате очистки дымовых газов золоуловителями и представляет собой тонкодисперсный материал с очень мелкими частицами, что позволяет использовать ее без дополнительного помола. Зола мокрого отбора образуется при удалении ее с помощью воды в виде пульпы по золопроводам.

Топливный шлак - это материал, скапливающийся в нижней части топочного пространства тепловых агрегатов и удаляемый в жидком или спекшемся состоянии. При совместном удалении золы и шлака гидротранспортом на тепловых электростанциях образуется золошлаковая смесь.

Химический и минерально-фазовый составы, строение и свойства золошлаковых материалов (ЗШМ) зависят от состава минеральной части топлива, его теплотворной способности, режима сжигания, способа их улавливания и удаления, места отбора из отвалов.

При высоких температурах (1200-1600°С) сжигания топлива минеральные примеси претерпевают изменения; в них протекают сложные физико-химические процессы: выделяется химически связанная вода силикатов и алюмосиликатов; разлагаются карбонаты; идут реакции в твердой фазе; происходят плавление, кристаллизация, силикатообразование, стеклообразование и др. Поэтому золы и шлаки ТЭЦ имеют сложный химический и минералогический составы.

Химический состав ЗШМ от сжигания углей в России и некоторых зарубежных странах приведен в табл. 2. Они представлены в основном SiO₂ и Аl₂Оз. Кроме того, в состав оксидов входят также Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, TiO₂, SO₃ и др.

В настоящее время ГОСТ 25818-91 и ГОСТ 25592-91 определили требования к химическому составу ЗШМ, применяемым для производства различных видов бетонов и строительных растворов. Нормируется содержание оксидов - CaO, MgO, SO₃, Na₂O и К₂О:

оксида кальция СаО - 10%, чтобы обеспечить равномерность изменения объема при твердении, свободного СаО - 5%;

- оксида магния MgO - не более 5%;

- верхний предел сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO₃ по требованиям сульфатостойкости - 3-6% (в зависимости от вида исходного топлива);

- суммарное содержание щелочных оксидов Na₂O и К₂О - 1,5-3% (в зависимости от вида сжигаемого топлива) во избежание деформаций при их реакции с заполнителями.

В зависимости от вида топлива и условий его сжигания в ЗШМ могут содержаться несгоревшие органические частицы топлива. Потеря массы при прокаливании (п.п.п.) должна быть не выше 3-25% в зависимости от вида исходного топлива.

Минерально-фазовый состав включает неорганическую и органическую составляющие. Неорганическая фаза, в свою очередь, состоит из составляющих:

- аморфной, представленной стеклом и аморфизированным глинистым веществом;

- кристаллической, включающей слабоизмененные зерна минералов исходного топлива (кварц, полевые шпаты и другие, термически устойчивые минералы) и кристаллические новообразования, возникшие при сжигании топлива (муллит, гематит, алюмосиликат кальция и др.).

Стекло в золах может быть силикатного, алюмосиликатного и железисто-алюмосиликатного состава. Аморфизированные глинистые вещества - метакаолинит и слабоспекшееся аморфизированное глинистое вещество, а также спекшиеся и частично остеклованные частицы определяют химическую активность золы, форму и характер поверхности зольных частиц.

Частицы большинства зол имеют сферическую форму и гладкую остеклованную фактуру поверхности. Однородность частиц различна. Более однородны частицы, состоящие полностью из стекла. Имеются частицы, внутренняя часть которых не расплавилась и слагается из мельчайших минеральных и коксовых зерен. Встречаются и полые шарики в результате вспучивания стекла в момент образования частицы. Размер частиц - от нескольких микрон до 50-60 микрон.

Могут также образовываться стекловидные частицы неправильной формы. У некоторых частиц поверхность губчатая из-за различного количества пузырьков. Они также могут содержать во внутренней части большое количество кристаллических веществ.

При недостаточно высокой температуре сгорания топлива и высокой тугоплавкости его зольной части образуются золы, состоящие из аморфизированного глинистого вещества, представленного пористыми частицами неправильной формы. Эти частицы имеют высокое водопоглощение.

В крупных фракциях золы содержатся агрегаты, образовавшиеся в результате спекания множества мелких зерен. Они неоднородны и имеют низкую прочность.

Шлаки но сравнению с золами содержат меньше органических остатков и аморфизированного глинистого вещества, но больше стеклофазы (до 95%). Обусловлено это тем, что шлаки большее время находятся в высокотемпературной зоне топки. Кристаллическая фаза в них представлена кварцем, муллитом, магнетитом и т.д.

Важнейшими физическими свойствами ЗШМ являются зерновой состав, насыпная и истинная плотности, водонасыщение и способность к морозному пучению.

Зерновой состав определяется видом топлива, его подготовкой к сжиганию, режимом сжигания, способом улавливания золы, местом отбора (табл. 3 и 4).

При сухом удалении золы крупные частицы улавливаются циклонами, мелкие - электрофильтрами. При этом на каждом поле электрофильтра собирается определенная фракция золы. Так, на Прибалтийской ГРЭС зола из циклонов содержит частиц размером мельче 50 мкм 47-63%, электрофильтровая зола со второго поля - 61-87%, с третьего - 78-99%, а четвертого - 100%

Таблица 3 Зерновой состав некоторых зол сухого улавливания

Вид топлива	Содержание, %, зерен размером, мм
	5-2	2-1	1-05	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-005	<0,05
Каменный уголь, Экибастузский бассейн	-	-	-	0,5	95	340	560
Бурый уголь Харанорское месторождение	-	0,1	1,4	37,5	52,0	90	-
Каменный уголь, Нерюнгринское месторождение	0,3	0,6	28	3,5	37,0	29	52,9
Антрацитовый уголь, Донецкий бассейн	-	0,1	0,1	18,1	0,1	225	59 1

При этом происходит разделение и по химическому составу, и по фазовому. Максимальное содержание сферических стекловидных частиц имеют мельчайшие фракции золы. Чем зерна золы крупнее, тем выше в ней содержание агрегированных, шероховатых, пористых частиц.

Системы гидроудаления золы и шлака направляют в отвалы полидисперсные шлакозольные смеси. Вблизи места выпуска пульпы образуется шлаковая зона отвала, в которой преобладают частицы крупнее 0,25 мм, в отдалении - мельче 0,25 мм

От зернового, химического и фазового составов золы зависит ее насыпная плотность, которая может составлять от 0,6 до 1,3 г/см³ Удельный вес (истинная плотность) золы колеблется от 1,75 до 3,5 г/см³, составляя в среднем 2,1-2,4 г/см³. Физические характеристики некоторых зол приведены в табл. 5

Таблица 4 Зерновой состав золошлаковых смесей золоудаления

Крупность зерен шлаков - от 10 до 15 мм, удельный вес - 2,8-3,3 г/см³, насыпная плотность - 1,1-1,3 г/см³.

Химическая активность является важным свойством зол, от которого зависит их использование - в качестве самостоятельных вяжущих или как компонента комплексных вяжущих.



Таблица 5Физические свойства зол

Уголь	ТЭС, ТЭЦ, ГЭС	Удельный вес, г/см3	Насыпная плотность, г/см3	Удельная поверхность, см2/г	Водопотребность, %
Донецкий	Московская-11	2,13	0,89	2850	55
	Мироновская	2,15	0,85	2700	56
Кузнецкий	Московская-22	2,21	0,92	2500	54
	Казанская	2,19	0,83	1360	42
Подмосковный	Ступинская	2,09	0,70	2800	60
Канско-Ачинский	Назаровская	2,36	0,99	2300	58

По химическому составу золы и шлаки подразделяются на основные, кислые и нейтральные. Основные золы содержат гидравлически активные компоненты и являются самостоятельным вяжущим. Кислые золы обладают свойствами типичных пуццоланов и могут применяться как активные минеральные добавки.

Топливные золы и шлаки, как правило, не способны непосредственно взаимодействовать с водой. Это характерно лишь для зол, содержащих свободные оксиды кальция и магния. Аморфные компоненты зол и шлаков обладают пуццолановой активностью, т.е. способностью связывать при обычных температурах гидроксид кальция, образуя нерастворимые соединения. При их накоплении появляется возможность гидравлического твердения вяжущих из смесей извести или портландцемента с золой или шлаком.

Пуццолановой активностью в составе зол и шлаков обладают продукты обжига глин: аморфизированное глинистое вещество типа метакаолинита, аморфныеSiО₂ и Аl₂Оз и алюмосиликатное стекло. Реакционная способность по отношению к гидроксиду кальция у них различна и зависит от температурных превращений каолинитовых глин при сжигании топлива. Обладающий большой удельной поверхностью метакаолинит А1₂О₃х2SiO₂ активно реагируете Са(ОН)₂ при обычных температурах с образованием гидросиликатов кальция и гидрогеленита.

Активность образующихся при более высоких температурах аморфных SiO₂ и Аl₂О₃ заметно меньше, что объясняется резким снижением удельной поверхности вследствие спекания и кристаллизации новообразований - муллита, кристобаллита.

Высокотемпературное спекание и плавление глинистых минералов резко снижают их удельную поверхность и, соответственно, активность. Вследствие этого стеклофаза зол и шлаков малоактивна при обычных температурах.

Повышение температуры сжигания топлива сверх допустимого предела приводит к падению активности большинства топливных зол.

2.2 Классификация зол и шлаков

Классификацией зол и шлаков занимались многие исследователи - Н.А. Попов [2], Н.А. Иванов [3], Г.Н. Книгина и М.В. Балахнин [4], Е.А. Галибина [5], А.В. Волженский и В.Н. Виноградов [6, 7, 8], В.А. Мелентьев [9] и другие. Основным критерием, определяющим способность золы и шлака проявлять вяжущие свойства, является наличие кальция в свободном или связанном виде.

Наряду с этим используются следующие критерии:

- модуль основности (гидросиликатный модуль) М₀, который представляет собой отношение суммы основных оксидов к сумме кислотных оксидов:

М₀ = (СаО + MgO + К₂О + Na₂O): (SiO₂ + А1₂О₃);

- силикатный (кремнеземистый) модуль М_с, показывающий отношение оксида кремния, вступающего в реакцию с другими оксидами, к суммарному содержанию оксидов алюминия и железа:



М_с = SiO₂: (A1₂O₃ + Fe₂O₃);

- коэффициент качества К, показывающий отношение оксидов, повышающих гидравлическую активность к оксидам, снижающим ее:

К = (СаО + А1₂О₃ + MgO): (SiO₂ + TiO₂).

На основании многочисленных исследований топливных отходов электростанций, сжигающих топливо различных месторождений, золошлаковые материалы разделены на группы - активные, скрыто активные и инертные (табл. 6).

Таблица 6 Классификация топливных отходов от сжигания твердого топлива

Химические свойства	Золошлаковые материалы
	активные	скрыто активные	инертные
Показатели качества	Мо	0,5-2,8	0,1-0,5	<0,1
	Мс	1,5-7,8	1,4-3,6	1,3-3,2
	К	1,0-3,6	0,5-1,3	0,4-0,9
Содержание форм кальция	СаОобщ	20-60	5-20	0,5-5
	СаОсвоб	0-30	0-2	0-1
	СаОсульф	0,5-9	0,2-2	0,1-1,6
	СаОкарб	15-45	5-15	0-5
Возможные области использования	Самотвердеющий материал. Местное вяжущее, изделия на его основе, преимущественно автоклавного твердения. Дорожное строительство	Требует интенсификации твердения. Производство изделий, твердеющих при тепловой обработке с активизиторами. Дорожное строительство	Сырье для производства кирпича, зольного гравия Техногенный грунт. Дорожное строительство

К активным относятся золошлаковые материалы (ЗШМ) поволжских сланцев, углей Канско-Ачинского угольного бассейна, ангренского угля, некоторых торфов. Общее содержание оксида кальция колеблется в пределах 20-60%, свободного оксида кальция - до 30%. Такой состав обеспечивает высокие значения модулей основности и силикатного, а также коэффициента качества. ЗШМ от сжигания указанных видов топлива обладают свойством самостоятельно твердеть и могут применяться как самостоятельные вяжущие.

К скрыто активным относятся ЗШМ от сжигания райчихинских, богословских, харанорских, черемховских, хакасских и некоторых других углей. Общее содержание оксида кальция в этих ЗШМ составляет 5-20%, содержание свободного оксида кальция - не выше 2%. Модуль основности составляет не более 5. Как правило, они используются в качестве комплексных вяжущих с активизиторами

К инертным относятся ЗШМ от сжигания экибастузских, подмосковных, кузнецких, донецких, нерюнгринских и других углей Они характеризуются высоким содержанием оксидов кремния и алюминия и низким количеством оксидов кальция и магния. Свободного оксида кальция содержится менее 1%, а в некоторых ЗШМ этой группы его может не быть совсем. В основном их используют в качестве техногенных грунтов.



3. Технические требования к золошлаковым материалам

Основным нормативным документом, в котором приведены и детализированы основные требования к золошлаковым материалам, используемым в дорожном строительстве, а также указания по технологии их применения являются "Технические указания по использованию зол уноса и золошлаковых смесей от сжигания различных видов твердого топлива для сооружения земляного полотна и устройства дорожных оснований и покрытий автомобильных дорог" (ВСН 185-75). Они основаны на обобщенных результатах исследований Союздорнии, его филиалов, Гипродорнии, Госдорнии и ряда других научно-исследовательских организаций с учетом производственного опыта.

ВСН 185-75 предусматривают применение в дорожном строительстве зол уноса и золошлаковых смесей, получаемых от сжигания в котлоагрегатах тепловых электростанций (ТЭС) твердого топлива различного вида (бурого и каменного угля, торфа, горючих сланцев).

При строительстве автомобильных дорог золы уноса сухого отбора используют в качестве активной гидравлической добавки совместно с цементом или известью, а также как самостоятельное медленно твердеющее вяжущее для устройства дорожных оснований и покрытий из укрепленных грунтов и отходов, получаемых при дроблении каменных материалов.

Золошлаковые смеси применяют в качестве материала для сооружения насыпей земляного полотна или малоактивной гидравлической добавки, в сочетании с цементом при укреплении грунтов на дорогах III-IV категорий.

Критерием пригодности золошлаковой смеси для возведения земляного полотна считают их морозостойкость, которая характеризуется величиной относительного морозного пучения (К_пуч). Оно представляет собой отношение вертикальной деформации пучения при промораживании образца к его первоначальной высоте, выраженной в процентах. Степень пучинистости материалов определяют на образцах, выдержанных 7, 28 и 90 сут.

По степени морозостойкости золошлаковые смеси классифицируют на непучинистые (К_ПУЧ.<1%), слабо пучинистые (К_ПУЧ=1?3%), пучинистые(К_ПУЧ=3?10%) и сильно пучинистые (К_ПУЧ>10%). Непучинистые и слабо пучинистые золошлаковые смеси применяют при возведении насыпей земляного полотна без ограничений. Пучинистые золошлаковые смеси допускаются при обязательном осуществлении комплекса мероприятий по обеспечению устойчивости земляного полотна, особенно верхних его слоев, находящихся в зоне промерзания. К таким мероприятиям относятся:

- назначение крутизны откосов с учетом возможности механизированного планирования, уплотнения и укрепления поверхности откосов или устройства защитных слоев на откосах насыпи;

- применение морозозащитных слоев в верхней части земляного полотна;

- устройство дренажа или капилляропрерывающих слоев;

- устройство берм и изолирующих слоев в основании земляного полотна;

- укрепление обочин земляного полотна и устройство требуемого водоотвода в процессе послойного возведения земляного полотна.

Сильно пучинистые золошлаковые смеси для возведения насыпей земляного полотна не допускаются.

Золы уноса сухого улавливания, используемые в качестве самостоятельного вяжущего или активного компонента смешанного, должны отвечать требованиям, приведенным в табл. 7.



Таблица 7 Требования к золе уноса сухого улавливания

Нормируемый показатель	Требования к золе уноса
	как самостоятельному вяжущему	активному компоненту
		с цементом	с известью
Содержание свободного кальция, %	Не менее 8	Не более 4	-
Удельная поверхность, см2 /г не менее	3000	3000	3000
Содержание сернистых и сернокислых соединений - (в пересчете на SO3), %, не более	6	3
Потери при прокаливании, %, не более	5	10	10

Золошлаковые смеси, применяемые как малоактивная гидравлическая добавка в сочетании с цементом или известью для укрепления грунтов, должны содержать частицы размером: мельче 0,071 мм - более 60%, крупнее 2 мм - не более 5%; п.п.п. - не более 10%.

Для укрепления золами сухого улавливания в качестве самостоятельного вяжущего или как компонента смешанного вяжущего, а также золошлаковыми смесями в сочетании с цементом пригодны:

- крупнообломочные несцементированные грунты, включая различные естественные смеси;

- отходы, получаемые при дроблении каменных материалов;

- пески фавелистые, пески крупные, средние, мелкие, в том числе пылеватые, а также однородные мелкие;

- супеси всех разновидностей;

- легкие суглинки.

Водородный показатель (рН) всех видов фунтов должен быть не ниже 4. Общее содержание легкорастворимых солей в обрабатываемых грунтах допускается не более 3% (по массе грунта) при сульфатном засолении и не более 5% - при хлоридном. Грунты и материалы, получаемые как отходы камнедробления, укрепленные золами уноса или золошлаковыми смесями, должны отвечать требованиям табл. 8.



Таблица 8 Физико-механические свойства укрепленных материалов

Показатель	Класс прочности
	1	2	3
Предел прочности при сжатии водо-насыщенных образцов в 90 сут, кгс/см2	60-40	40-20	20-10
То же, на растяжение при изгибе, не менее	10	6	2
Коэффициент морозостойкости образцов в 90 сут, не менее	0,75	0,70	0,65
Влажность образца (сверх оптимальной влажности уплотнения) после испытания на замораживание-оттаивание, %, по массе, не более	2	4	4

Содержание зол уноса сухого отбора, применяемых в качестве самостоятельного вяжущего или активного компонента, назначают не менее:

- 20% (массы смеси) - при использовании золы в первом случае;

- 15-20% - во втором, в сочетании с 4-6% цемента, 5-8% - с известью.

Количество зол уноса или золошлаковых смесей, не отвечающих требованиям табл. 7, должно быть не менее 15-25% совместно с 5-10% цемента.

Для повышения прочностных показателей укрепления грунтов вводят 4-6% (массы золы) хлористого кальция.

Для укрепления легких суглинков содержание золы должно составлять не ниже 25% (массы смеси). Морозостойкость таких укрепленных грунтов можно повысить добавкой каустической соды 0,7-1% массы сухого грунта.

ГОСТ 25818-91 "Золы-уноса тепловых электростанций и бетонов" предусматривает применение зол уноса сухого отбор в качестве компонента для приготовления тяжелых, легких, ячеистых бетонов и строительных растворов. Кроме того, они используются в качестве тонкомолотой добавки для жаростойких бетонов и минеральных вяжущих. Золы подразделяются на кислые (до 10% оксида кальция) и основные (более 10%). При этом нормируются:

- содержание оксида кальция, оксида магния, сернистых; сернокислых соединений в пересчете на SО₃, щелочных оксидов в пересчете на Na₂O;

- потеря массы при прокаливании;

- удельная поверхность;

- остаток на сите № 008;

- влажность золы - не более 1% по массе

- величина суммарной удельной активности естественных дионуклидов.

ГОСТ 25592-91 "Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов" распространяется на золошлаковые смеси гидроудаления, применяемые в качестве компонента при приготовлении строительных растворов, а также тяжелых, легких и ячеистых бетонов для сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и изделий.

Золошлаковые смеси состоят из шлакового песка (размер зерен от 0,315 до 5 мм) - и шлакового щебня (размер зерен крупнее 5 мм). Нормируются:

- удельная поверхность;

- потеря массы при прокаливании;

- содержание оксидов кальция и магния, сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO₃, щелочных оксидов в пересчете на Na₂O;

- влажность - не выше 15% по массе;

- величина суммарной удельной активности естественных радионуклидов.

Шлаковый щебень золошлаковой смеси должен обладать стойкостью против силикатного и железистого распадов, отвечать требованиям по морозостойкости.

ГОСТ 9128-97 "Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон" допускает применять в качестве минеральных порошков для пористого и высокопористого асфальтобетона, а также плотного асфальтобетона марок II и III золы уноса и золошлаковые смеси. Для этих материалов нормируются

- зерновой состав;

- пористость;

- водостойкость образцов из смеси порошка с битумом;

- показатель битумоемкости;

- потери при прокаливании;

- содержание активных окислов кальция и магния, а также водорастпоримых соединений.

ГОСТ 23538-94 "Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства" предусматривает применение в качестве вяжущего материала золу уноса с удельной поверхностью свыше 150 м^2/кг, содержанием сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO₃ не более 6% и потерями при прокаливании не более 5% по массе.

Золошлаковая смесь, подвергаемая обработке неорганическими вяжущими, должна отвечать требованиям ГОСТ 25592-91. ГОСТ 30491-97 "Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства" предусматривает возможность применять для приготовления смесей порошковые отходы промышленного производства, которые должны отвечать требованиям ГОСТ 9128-97. ГОСТ 26644-85 (изменение № 1 от 2000 г.) устанавливает требования к щебню и песку, образующимся при сжигании углей на тепловых электростанциях. Их применяют в качестве заполнителей для тяжелых и легких бетонов сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений. Стандарт не распространяется на бетон для дорожных покрытий. Нормируются:

- зерновой состав;

- насыпная плотность;

- химический состав (потеря массы при прокаливании, содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SО₃, содержание свободного кальция).

Щебень должен обладать стойкостью против силикатного и железистого распадов



4. Отечественный и зарубежный опыт применения зол и золошлаковых смесей в дорожном строительстве

Отходы от сжигания твердого топлива на ТЭС широко используются при строительстве автомобильных дорог как в России, так и за рубежом. Ниже приведены следующие области их применения:

Зола сухого отбора

- медленнотвердеющее самостоятельное вяжущее для устройства оснований дорожных одежд из укрепленных грунтов и каменных материалов;

- активная гидравлическая добавка в сочетании с неорганическими вяжущими (цементом или известью) для устройства оснований;

- активная гидравлическая добавка в сочетании с битумными или полимерно-битумными вяжущими;

- составная часть минерального порошка или для его замены при приготовлении асфальтобетонной смеси;

- добавка взамен части цемента и заполнителя при приготовлении тяжелого бетона и раствора;

отвальные золошлаковые смеси гидроудаления;

- техногенный грунт для сооружения дорожных насыпей;

- материал, укрепленный цементом или другими вяжущими, для устройства оснований и дополнительных слоев дорожных одежд;

- малоактивная гидравлическая добавка к извести при приготовлении золоизвестковых вяжущих для укрепления грунтов и каменных материалов;

- взамен минерального порошка и частично песка при приготовлении асфальтобетона;

- заполнитель при приготовлении тяжелого песчаного бетона. При применении зол и золошлаковых смесей достигается следующая экономия цемента:

- при использовании активных зол уноса сухого отбора в качестве самостоятельного медленно твердеющего вяжущего - 100%;

- при использовании малоактивных зол уноса сухого отбора в качестве добавок к цементу - до 50%;

- при укреплении цементом золошлаковых смесей гидроудаления (вместо естественных песчаных грунтов или в качестве добавок к ним) - 20-30%.

4.1 Применение зол сухого улавливания в качестве самостоятельного медленно твердеющего вяжущего материала или гидравлической добавки к цементу или извести

Большая эффективность применения сухих зол в качестве самостоятельного вяжущего наблюдается при укреплении гравийно-песчаных и песчаных грунтов, а также супесей.

Комплексными вяжущими с активными компонентами в виде золы укрепляются песчано-щебенистые грунты, получаемые при дроблении малопрочных известняковых и песчанистых (либо других) пород, дресва изверженных и метаморфических пород, отходы камнедробления или крупнообломочные отходы промышленных предприятий. Исследовалось укрепление связных грунтов (суглинков и глин с числом пластичности до 21) золой с добавками химических веществ либо как компонента комплексного вяжущего.

Как было показано выше (см. разд. 2) активность сухих зол определяется их дисперсностью и химико-минералогическим составом. Гидравлическая активность зол обусловлена наличием свободной СаО, определяющей высокое значение рН их водных вытяжек (отношение золы к воде 1:10). Как показали исследования [14], образцы золы горючих сланцев Эстонии, содержащие 6,3% свободной СаО, имели прочность при сжатии в возрасте 28 сут - 7,2 МПа, в 90 сут - 9,8 МПа, 180 сут - 12,3 МПа, к году - 13,6 МПа. Ангренская зола бурых углей, содержащая 3,3% свободной СаО, в возрасте 28 сут имела прочность 18,7 МПа, к году - 96,7 МПа.

В табл. 9 приведены результаты определения активности зол Канско-Ачинских бурых углей [11]. Активность этих зол устанавливали испытанием образцов, твердевших в нормальных условиях в течение 7, 28 и 90 сут. Образцы-цилиндры диаметром и высотой 5 см изготавливали из золы, увлажненной до оптимальной влажности, путем прессования под нагрузкой 150 кгс/см² в течение 3 мин

Таблица 9 Прочность при сжатии образцов из зол сухого улавливания Канско-Ачинских углей

Наименование ТЭС	Содержание свободной CaO+MgO, %	Прочность при сжатии образцов, МПа, в возрасте, сут
		7	28	90
Красноярская ТЭЦ-1	8,0	0,34	1,05	1,81
Красноярская ТЭЦ-2	9,2	1,88	5,27	9,90
Иркутская ТЭЦ-6 (ЭФ)	9,1	4,27	8,04	10,83
Иркутская ТЭЦ-6 (БЦУ)	11,6	1,25	1,98	2,08
Усть-Илимская ТЭЦ	5,0	0,56	0,89	2,17
Канская ТЭЦ (БЦУ)	9,6	2,17	2,63	6,07
Новосибирская ТЭЦ-3	9,0	17,78	22,30	31,62
Назаровская ГРЭС	5,9	3,28	8,26	12,31

В табл. 10 приведены результаты укрепления мелкого песка различными золами сухого улавливания, содержащими 5-20% свободной СаО. По классификации, приведенной в п. - 2.2, эти золы относятся к активным.



Таблица 10 Кинетика твердения мелкого песка, укрепленного золами сухого улавливания

Вид топлива	Содержание золы в смеси, % -	Прочность при сжатии водонасыщенных образцов, МПа, в возрасте, сут
		28	90	120	180	360
Прибалтийские горючие сланцы	10	0,4	1,2	2,1	3,2	4,0
	15	1.6	3,0	6,5	7,6	9,2
	20	3,3	5,9	7,8	8,9	10,4
Горючие сланцы Поволжья	15	1,6	1,8	1,8	2,0	2,5
	20	1,8	2,2	2,4	2.6	2,8
	25	2,5	3,0	3,7	3,9	4,5
Бурый уголь Ангренского бассейна	10	0,4	0,6	0,8	0,9	1,3
	15	0,7	1,2	1,2	1,3	1,8
	20	0,8	1,2	1,6	1,9	3,0
	25	2,9	4,1	4,4	4,6	5,0
Бурый уголь Ирма-Бородинского разреза	10	0,7	2,6	3,5	4,3	5,8
	15	1,1	3,5	4,3	5,8	6,9 <...

Подобные документы

• Армирование при строительстве автомобильных дорог

  История развития применения геосинтетических материалов в дорожном строительстве в Российской Федерации. Производство различных видов геотекстилей и геосеток, георешеток и геосот, геонитей, а также геоплит, используемых в качестве термоизоляторов.
  
  реферат [1,3 M], добавлен 08.12.2010
  

• Организационно-техническая подготовка производства в дорожном строительстве

  Организация труда и производства в строительстве автомобильных дорог, комплекс подготовительных мероприятий: оснащение специальным оборудованием, источниками энергии, водой, паром, сжатым воздухом; устройство бытовых помещений; управленческая связь.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 27.11.2012
  

• Строительные материалы

  Классификация строительных материалов. Требования к составляющим бетона, факторы, влияющие на его прочность и удобоукладываемость. Ячеистые и пористые бетоны, их применение в строительстве. Лакокрасочные материалы и металлы, их применение в строительстве.
  
  контрольная работа [31,0 K], добавлен 05.05.2014
  

• Комплексное использование металлургических шлаков в дорожном строительстве

  Шлаки и их использование в строительной отрасли. Шлаки черной металлургии: доменные и сталелитейные. Структура шлаков по видам производства. Типичный химический состав доменного шлака. Возрождения технологии использования горячих восстановительных газов.
  
  курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.10.2011
  

• Строительные материалы

  Виды санитарно-технической керамики. Сырьё, технология ее изготовления. История возникновения и производства стекла. Свойства акустических материалов и применение их в строительстве. Основные свойства строительных растворов. Физические свойства древесины.
  
  контрольная работа [41,7 K], добавлен 12.09.2012
  

• Керамические стеновые и теплоизоляционные материалы в современном строительстве

  Эффективное применение кирпичной кладки в строительстве. "Проветривание" комбинированных стен. Теплоэффективные ограждающие конструкции жилых и гражданских зданий. Физические основы нормирования теплотехнических свойств керамического кирпича и камня.
  
  курсовая работа [423,5 K], добавлен 04.02.2012
  

• Производство стекла

  Этапы развития стеклоделия. Стеклообразное состояние. Физические свойства стекла. Общая классификация по химическому составу. Основы современной технологии получения стекла. Применение стекла в строительстве.
  
  реферат [49,1 K], добавлен 20.06.2007
  

• Применение керамики

  Материалы и изделия из глин и их смесей с неорганическими соединениями, полученные путем обжига при высоких температурах. Способы получения керамики. Основные технологические виды керамики. Применение керамики в строительстве и других отраслях.
  
  реферат [26,1 K], добавлен 26.01.2012
  

• Контроль качества дорожно-строительных работ

  Контроль качества выполняемых работ при строительстве земляного полотна и правила их приемки. Операционный контроль в процессе выполнения и по завершении соответствующих операций. Основные правила приемки работ при строительстве автомобильных дорог.
  
  реферат [66,9 K], добавлен 14.01.2015
  

• Техногенные побочные продукты промышленности как сырьё для производства стройматериалов

  История развития вопроса о применении шлаков. Грануляция доменных шлаков. Получение и применение шлакопортландцемента. Применение шлаков при производстве других строительных материалов. Шлаки от сжигания углей, черной и цветной металлургии, пемза.
  
  реферат [25,7 K], добавлен 03.01.2010
  

• Учет свойств строительных материалов при проведении строительных работ

  Общие сведения о строительных материалах. Влияние различных факторов на свойства бетонных смесей. Состав, технология изготовления и применение в строительстве кровельных керамических материалов, дренажных и канализационных труб, заполнителей для бетона.
  
  контрольная работа [128,5 K], добавлен 05.07.2010
  

• 3D-строительство

  Технология 3D-печати зданий и сооружений. Применение экструдирования в строительстве: печать несъемной опалубки, армирование конструкции, укладка товарного бетона. Материал, применяемый в 3D строительстве. Преимущества и перспективы развития технологии.
  
  презентация [7,5 M], добавлен 06.12.2016
  

• Инновации в строительстве. Прозрачный бетон

  Состав строительного материала "LitraCon": обыкновенный бетон, скомбинированный с фиброоптическим материалом (стеклянными волокнами). Характерные черты и преимущества исследуемого материала. Особенности производства, конкурентоспособность и применение.
  
  презентация [604,7 K], добавлен 21.11.2013
  

• Арболит

  Свойства и характеристики арболита. Особенности его применения в строительстве. Способ изготовления и технические характеристики арболита. Способы повышение его прочности. Основные химические добавки для арболита. Особенности формирования изделий из него.
  
  реферат [24,1 K], добавлен 18.01.2013
  

• Полимерные материалы в строительстве

  Полимеры как высокомолекулярные соединения, вещества с большой молекулярной массой, в которых атомы образуют линейные или разветвленные цепи, а также пространственные трехмерные структуры, сферы их применения. Химические и физические свойства пластмасс.
  
  реферат [28,5 K], добавлен 25.12.2014
  

• Древесина и ее значение в строительстве

  Применение древесины в строительстве, оценка ее положительных и отрицательных свойств. Средства соединения элементов деревянных конструкций. Расчет конструкций рабочей площадки, щита и прогонов кровли, клееной балки, центрально-сжатой стойки (колонны).
  
  курсовая работа [306,1 K], добавлен 12.03.2015
  

• Природные каменные материалы, сырьё для производства строительных материалов

  Свойства, состав, технология производства базальта. Устройство для выработки непрерывного волокна из термопластичного материала. Описание и формула изобретения, характеристика продукции. Виды строительных материалов. Применение базальта в строительстве.
  
  реферат [55,4 K], добавлен 20.09.2013
  

• Архитектурно-художественная керамика. Облицовочная керамика

  Применение керамики в современных отделочных материалах. Разновидности керамической фасадной плитки. Применение ее в промышленности, строительстве, искусстве, медицине и науке. Основные свойства, монтаж гибкой и фасадной керамики, клинкерных панелей.
  
  реферат [774,7 K], добавлен 13.10.2014
  

• Специальные виды бетонов для эксплуатации в условиях агрессивных сред

  Бетон как композиционный материал, его свойства в зависимости от входящих в состав элементов, разновидности и использование в строительстве. Классификация бетона по уровню водонепроницаемости и жаростойкости, его применение для различных конструкций.
  
  реферат [17,8 K], добавлен 28.05.2009
  

• Керамические отделочные материалы

  Классификация керамических материалов и изделий, их свойства. Применение керамики в виде отделочного материала. Наружная и внутренняя облицовка, покрытие полов. Технические требования к сырьевым материалам (глина, добавки). Основы технологии керамики.
  
  реферат [441,7 K], добавлен 28.10.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам