Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные представления о проблеме использования золоотходов, образующихся от сжигания твердого топлива 8
1.1 Состояние вопроса 8
1.1.1. Золоотходы, образующиеся от сжигания твердого топлива, и координация работ по проблеме их утилизации 8
1.1.2. Экологические проблемы при хранении золошлаковых отходов 11
1.1.3. Свойства золошлаковых отходов от сжигания твердого топлива на ТЭЦ и промышленные способы их переработки 12
1.1.4. Область применения золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭЦ 18
1.2. Теоретические предпосылки исследований золы гидроудаления от. сжигания экибастузских углей на омских ТЭЦ 23
1.3. Цель и задачи исследования ' 28
Глава 2. Физико-химические показатели золы гидроудаления от сжигания экибастузских углей на Омских ТЭЦ 30
2.1. Обоснование и выбор сырьевой базы для изготовления золоминерального вяжущего на основе золы гидроудаления 30
2.2. Основные характеристики компонентов золоминерального вяжущего на основе золы гидроудаления 31
2.2.1. Вяжущие вещества 31
2.2.2. Заполнитель мелкий 33
2.2.3. Корректирующая добавка 33
2.2.4. Вода 34
2.2.5. 3ола гидроудаления 34
2.2.5.1. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ золы гидроудаления 38
2.2.5.2. Растровая электронная микроскопия золы гидроудаления 41
2.2.5.3. Дисперсный анализ кислой золы гидроудаления 51
2.2.5.4. Химическая активность золы гидроудаления 54
2.2.5.5. Рентгенофазовый анализ золы гидроудаления 56
2.3. Методы исследований мелкозернистого бетона с добавкой золы гидроудаления и жидкого CTejam 57
Выводы по главе 2 69
Глава 3. Составы и физико-механические свойства мелкозернистого бетона 70
3.1. Исследование мелкозернистого бетона с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла и его основных физико-механических свойств 71
3.2. Исследование процессов структурообразования мелкозернистого бетона с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла 72
Определение прочностных характеристик мелкозернистого бетона 72
3.3. Математическое планирование эксперимента 98
Выводы по главе 3 106
Глава 4. Процессы структурообразования мелкозернистого бетона 109
4.1. Определение морозостойкости мелкозернистого бетона с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла 112
4.2. Рентгенофазовый анализ мелкозернистого бетона 115
4.3. Дифференциально-термический анализ мелкозернистого бетона 119
4.4. Исследование процесса деструкции мелкозернистого бетона 127
4.5. Исследование влияния золы гидроудаления как демпфера на деформативные свойства мелкозернистого бетона 129
Выводы по главе 4 135
Глава 5. Опытно-промышленная проверка результатов исследований и технико-экономическая эффективность 137
5.1. Организация проведения и результаты опытно-промышленных испытаний 137
5.2. Технико-экономическая эффективность производственного внедрения результатов исследования 142
Выводы по главе 5 147
Основные результаты и выводы 149
Библиографический список 151
Приложения 169
- Свойства золошлаковых отходов от сжигания твердого топлива на ТЭЦ и промышленные способы их переработки
- Дисперсный анализ кислой золы гидроудаления
- Определение морозостойкости мелкозернистого бетона с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла
- Организация проведения и результаты опытно-промышленных испытаний
Введение к работе
В настоящее время в Российской Федерации и в Западно-Сибирском регионе, в частности, наблюдается интенсивное развитие строительной отрасли. Вместе с тем, в нашем регионе наблюдается дефицит ресурсов для производства строительных материалов, что обусловлено отсутствием минерально-сырьевой базы.
Необходимо отметить, что ближайшие месторождения компонентов для производства минеральных вяжущих находятся на значительном расстоянии от региона, поэтому значительную роль для развития сырьевой базы играет транспортная составляющая.
В данной работе рассматривается возможность использования золы гидроудаления с рациональным зерновым составом в качестве добавки при производстве бетонов, что является актуальной проблемой в плане решения вопросов экономии цемента и экологии (ежегодные сбросы зол и шлаков от сжигания углей увеличивают общий объем складируемых отходов, наносят серьезный вред окружающей среде, выводят из оборота большие участки земли). На золоотвалах омских ТЭЦ общей площадью 755 га в настоящее время скопилось более 45 млн т ЗШО [4]. На территории г. Омска три ТЭЦ из четырёх работают на экибастузском угле, зольность которого достигает 70%, состоящим из маложелезистых и тугоплавких частиц, что обуславливает большую экологическую проблему. Поэтому основное направление использования зол гидроудаления от сжигания экибастузских углей — бетоны. Для получения бетонов ценность золы, прежде всего, заключается в ее способности проявлять пуццолановые свойства. Далее будет рассматриваться зола гидроудаления омской ТЭЦ-5, поскольку применение этой золы является наиболее насущной проблемой ее утилизации.
Для установления равновесия в окружающей среде технологические процессы должны обеспечивать возврат сырья путем утилизации промышленных отходов. Поэтому утилизация отходов является важной экологической проблемой, позволяющей существенно повлиять на экологическую обстановку и снижение экологического ущерба.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований российских и зарубежных ученых свидетельствуют, что золы ТЭС являются ценным сырьем для производства ряда важных строительных материалов и изделий. По данным ВНИИ гидротехники им. Б.Е. Веденеева, почти 95 % ТЭС удаляют золы в отвалы в виде зольной суспензии. При сливе суспензии в золоотвал происходит сегрегация частиц золы по крупности и плотности. В результате чего резко снижается однородность сырья в отвале и возникают значительные трудности при использовании золы в производстве строительных материалов.
К причинам низкого уровня использования отходов ТЭЦ в отраслях народного хозяйства РФ можно отнести несовершенство законодательных актов, направленных на сохранение экологического равновесия в зоне выбросов отходов, отсутствие экономического регулирования потребления инертных природных материалов.
Ценность золы, прежде всего, заключается в ее явной или скрытой способности проявлять пуццолановые свойства. Являясь многотоннажным отходом, а следовательно, обладая малой стоимостью, она вполне может заменить дорогостоящие минеральные вяжущие.
Особенностью зольных вяжущих, а значит, и золоцементных материалов является их повышенная прочность на растяжение при изгибе Rias по сравнению с цементоминеральными материалами. При одинаковой марке (прочности при сжатии) зольные вяжущие имеют выше значения Яшг, чем портландцемент. Эти же данные приводят А.В. Волженский и Л.Б.Гольдберг.
7 Научная новизна данной диссертационной работы:
при введении в состав мелкозернистого бетона золы гидроудаления, содержащей, % масс: 51-60 Si02, 24 - 32 А1203, 1,1-2,1 СаО, 0,2 - 1,5 MgO и имеющей различную дисперсность, полученную механическим измельчением (удельная поверхность от 170 - 770 м2/кг), значительное увеличение степени гидратации цемента после 28 суток нормального твердения (от 20 до 55%) наблюдается при удельной поверхности золы более 250 м /кг. Это свидетельствует о проявлении пуццолановой активности измельчённой золы.
модуль упругости золоцементного камня при введении 10 — 20 % золы гидроудаления снижается в 3,5 - 7 раз по сравнению с модулем упругости цементного камня без добавок и составляет 4 — 7,5 ГПа. При этом изменение дисперсности золы мало влияет на величину модуля упругости.
- предел прочности при сжатии образцов мелкозернистого бетона
существенно изменяется в зависимости от дисперсности золы
гидроудаления. При этом у образцов в возрасте от 7 до 90 суток проявляется
два максимума предела прочности при сжатии, соответствующих удельной
поверхности золы 200 - 250 м /кг и 600 - 650 м /кг, что обусловлено
изменением пуццолановой активности и адсорбционных свойств золы при её
диспергировании.
- ведение в мелкозернистую бетонную смесь 3% массы жидкого стекла
обеспечивает повышение прочности при сжатии в возрасте 28 суток на 12 —
15%, уменьшение сроков схватывания на 8 — 10%. Введение в состав
мелкозернистого бетона 10% масс, золы гидроудаления с удельной
поверхностью 200 - 250 м /кг и 3% масс, жидкого стекла позволяет получить
изделия с плотностью 2160 кг/м , прочностью при изгибе 9,7 МПа,
прочностью при сжатии 45,7 МПа. При этом существенно сокращается
деформация усадки бетона.
Свойства золошлаковых отходов от сжигания твердого топлива на ТЭЦ и промышленные способы их переработки
Зола - несгорающий остаток, образующийся из минеральных примесей твердого топлива при полном его сгорании. Угли и углеотходы состоят из органической (углерода, водорода, кислорода, азота) и минеральной частей и поэтому свойства углеотходов как сырья зависят от содержания и свойств органического вещества и химического состава минеральной составляющей. Твердые золооходы состоят из минеральной части и их свойства как сырья зависят от химического состава минеральной части [48, 50, 51, 52].
Свежедобытый уголь сорбирует из воздуха кислород, который взаимодействует с органической частью угля с образованием пероксидов, при распаде которых ускоряется процесс окисления угля. В золоотходах практически отсутствует органическая часть, поэтому процесс окисления неглубокий. Минеральные компоненты, содержащиеся в углях, снижают его теплоту сгорания. Необходимость улавливания зольных уносов, транспортирование ЗШО в отвал, строительство этих отвалов связаны со значительными затратами [53, 54].
Минеральная часть золоотходов представлена минералами и глинами. При прокаливании угля до /=1200 С образуется зола, состоящая из оксидов кремния и металлов, гидроксидов металлов, силикатов Al, Mg, карбонатов Fe, Mg, Са. Зола на 95 - 97 % состоит из оксидов Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K. Остальные 3 - 5 % приходятся на соединения Ті, Р, Mn, Ва, Sb и редких и рассеянных элементов (содержание последних в золе - от 0,1 до 0,01 %) [53]. Кристаллическая составляющая ЗШО представлена кварцем, тридимитом; полевой шпат присутствует в виде альбита, геленита, метакаолинита; присутствует монтмориллонит, который более богат кремниевой кислотой, чем каолин (монтмориллонит - составная часть бентонитовых глин) [53].
В работе [53] приведены промышленно ценные и экологически опасные микроэлементы минеральной массы твердых топлив. Промышленно ценные: U, Ge, Mo, V, Au, Ag. Экологически опасные: As, Hg, Be, Cd, Zn. В табл. 1.1 приведено содержание оксидов кремния и металлов в золе углей различных бассейнов [53].
В углях железо представлено дисульфидом (пирит, мерказит), сидеритом (РеСОз); кремний в основном сосредоточен в виде алюмосиликатов и кварца; алюминий - в виде оксида; кальций - в виде СаСОз и доломита Са Mg(C03)2; сера в основном сосредоточена в виде сульфидов (пирит, мерказит), незначительно в виде сульфатов, присоединяется к органическому веществу углей различными типами связей: =C-S; -0-S-. При сжигании угля практически вся органическая и дисульфидная сера окисляется, а сульфат восстанавливается до диоксида серы. Максимальное количество сульфидов FeS, CaS образуется при 500 С. Низкосернистые угли (содержание серы 1,5 %) сосредоточены в Кузбассе, Западной и Восточный Сибири; высокие содержания серы характерны для Подмосковкого (до 6 %) и Кизсловского (до 9 %) бассейнов [53].
При нагревании угля до 250 С начинают разлагаться карбоксильные группы карбоновых кислот; до 400 С - спиртовые группы; при этой температуре практически нет реакционноспособных кислородосодержащих групп; фенольные и карбонильные группы более стабильны; при 1400 С может оставаться пиритная сера FeS; сера может находиться в коксе в виде очень стабильных гиофеловых колец [53, 54]. Вещественный состав золоотходов определяется минеральным веществом топлива и режимами сжигания (т.е. теми изменениями, которое оно претерпевает при высокотемпературной обработке в котлах ТЭЦ). При сжигании твердого топлива его минеральная часть подвергается различным превращениям: дегидратации, окислению, полиморфным изменениям, взаимодействию в твердой фазе, в расплаве [53, 54]. Золоотходы ТЭЦ представляют собой ценные сырьевые источники — готовые продукты или полуфабрикаты для использования в различных материалах и изделиях. Основным требованием, обеспечивающим успешное применение твердых отходов ТЭЦ, является стабильность их физико-химических показателей. Свойства золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭЦ Исследовано изменение структуры и элементного состава золы и шлаков от сжигания угля в лабораторных и естественных условиях для проверки динамики процесса старения, разрушения и возможности использования отходов при производстве строительных материалов [50, 51, 52, 55, 56, 57, 58, 59]. В работах [57, 58, 59] представлены минеральный, химический и гранулометрический составы и основные технологические свойства золошлаков ТЭЦ. Показано, что неоднородность по технологическим свойствам является одним из главных факторов, ограничивающих их применение в производстве строительных материалов. Установлено, что отходы бурых углей отличаются высоким содержанием оксида кальция (до 30 %) и оксида железа (до 15 %). Строительные материалы, изготавливаемые на основе этой золы, подвержены разрушению из-за гидратации несвязанного СаО [52]. Показано, что золы и золошлаки ТЭЦ, работающих на кузнецких углях, относятся к кислым, они самостоятельно не способны твердеть, но в сочетании с цементом, особенно при термообработке, приобретают гидравлическую активность, которую можно использовать для улучшения структуры и повышения прочностных показателей бетона. По зерновому составу золошлаковые отходы ТЭЦ Кузбасса относятся к мелкому заполнителю, а зола-уноса по фракционному составу приближается к цементу [60]. Есть информация о золах-уносах ТЭЦ Свердловской области (Красногорской, Богословской, Верхис-Тагильской, Рефтинской ГРЭС). На Богословской ТЭЦ сжигают бурые угли Волчанского месторождения, на остальных — каменный экибастузский уголь. Насыпная плотность экибастузких углей равна 800 кг/м3 [57,61]. В работах [50, 51, 52] сказано, что выгорание органики при обжиге образует поры, способствующие снижению теплопроводности; тяжелые металлы (кроме Сг) при обжиге переводятся в труднорастворимые силикатные и алюмосиликатные соединения, поэтому содержание Hg, Pb, Си, Cd, Ni, Zn ниже допустимых значений.
Дисперсный анализ кислой золы гидроудаления
В золах омской ТЭЦ-5 по результатам химического анализа оксид кальция в свободном виде не содержится. Способностью к непосредственному взаимодействию с водой исследуемые золы.не обладают.
В то же время золы в составе смешанных вяжущих (золоцементных) участвуют в твердении. Золы в составе смешанных вяжущих при твердении проявляют пуццолановую активность, т. е. способность при обычных температурах связывать гидроксид кальция с образованием нерастворимых соединений.
Пуццолановой активностью в составе зол обладают продукты обжига глин: аморфизованное глинистое вещество типа метакаолинита, аморфные БіОг, AI2O3, Fe203 и алюмосиликатное стекло. Реакционная способность по отношению к гидроксиду кальция у них различна. Обладающий большой удельной поверхностью метакаолинит активно реагирует с Са(ОН) при обычных температурах с образованием гидросиликатов кальция и гидрогеле-нита. Активность образующихся при более высоких температурах аморфных БіОг и А1203 заметно меньше, что объясняется резким снижением удельной поверхности вследствие спекания и кристаллизации продуктов разложения каолинита (муллита, кристобалита и др.) [4].
Высокотемпературное спекание и плавление глинистых минералов снижает их удельную поверхность и соответственно активность, поэтому алюмосиликатная стеклофаза золы малоактивна при обычных температурах. При повышенных температурах активность проявляют некоторые кристаллические компоненты зол - кварц, полевой шпат, алюмосиликаты кальция.
Характер взаимодействия компонентов зол с водой и водными растворами Са(ОН)2 при твердении вяжущих зависит в первую очередь от соотношения растворимости реагирующих веществ. При большом различии в растворимости взаимодействие и выделение новообразований осуществляется на поверхности трудно растворимого компонента. Исходный кварц, не подвергающийся обжигу, практически инертен. Термически обработанный кварц, благодаря повышенной растворимости, взаимодействует с идроксидом кальция. Поверхности частиц золы гидратируются, гидратированная стеклофаза активно поглощает ионы кальция из жидкой фазы. Продуктами твердения смешанных золоцементных вяжущих являются гидросиликаты и гидрогранаты кальция (см. подр. 4.3). При использовании золы в составе бетона необходимо провести оценку ее активности. В данной диссертационной работе был использован метод основанный на способности поглощения золой гидроудаления извести из известкового раствора. При использовании золы в качестве добавки к цементу наиболее объективной оценкой ее активности может служить прочность такого вяжущего, косвенной - доля золы в составе смешанного вяжущего, при которой не происходит снижение прочности вяжущего ниже марки исходного вяжущего без добавки золы. Рентгенограмма исходной кислой золы гидроудаления представлена на рис. 2.23. Рентгенограмма исходной золы гидроудаления показала стандартный состав. Рентгенографически (см. рис. 2.23) подтверждается наличие кварца (линии 4,24; 3,34; 2,45; 2,33; 2,28; 2,12; 1,972; 1,813; 1,68; 1,54; 1,52; 1,41 и 1,378 А0), муллита (A3S2) (3,40; 2,68; 2,52; 2,19; 1,85; 1,597; 1,47 и 1,44 А0), кальцита (3,86; 3,02; 2,08 и 1,62 А0); присутствуют также магнетит (Fe2C 4), гематит (Fe203) и маггемит (у - Fe203). Для контроля реологических свойств золобетонной смеси и основных физико-механических характеристик полученных бетонов применяли стандартные методики. Определение удобоукладываемости мелкозернистой бетонной смеси с золой. Удобоукладываемость мелкозернистой бетонной смеси определяли согласно ГОСТ 10181.1-81 [166]. Испытания проводили трижды, каждый раз с новой порцией золоминерального бетона. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ золы гидроудаления. Был проведён качественный и количественный химический анализ образцов золы гидроудаления. Исследование проводилось на сканирующем спектрометре ARL OPTIM X («Thermo Electron Corporation»). ARL OPTIM X WD-XRF (рис. 2.24) спектрометр является кристалл-дифракционным рентгеновским спектрометром с дифракцией по длинам волн. Данный прибор позволяет проводить качественное, количественное и полуколичественное определение элементов от А1 до U в твердых (порошкообразных) и жидких пробах. Порядок выполнения работы включает следующие стадии: 1. Получить образец формованного катализатора (Pt/АІгОз) для исследования. Взять навеску 1,2 г. 2. Пробоподготовка образца катализатора для проведения качественного и количественного анализа методом РФА включает: - измельчение в автоматической шаровой мельнице КМ-1; - смешение и гомогенизацию порошкообразной пробы (масса 1 г) со связующим (целлюлоза Merck, масса 1 г); - прессование таблетки с использованием пресса «Carver». 3. Полученный таблетированный образец проанализировать на рентгено-флуоресцентном спектрометре ARL ОРТІМ Х для качественного определения основных и примесных элементов. Качественно охарактеризовать полученный в ходе данного анализа спектр и провести идентификацию элементов, составляющих образец. 4. С целью установления массового содержания платины провести измерение интенсивности рентгеновского излучения PtLa от исследуемого образца катализатора, а также от серии стандартных образцов (заранее имеющихся в наличии) с массовой долей платины 0,1; 0,2; 0,5; 0,7 и 0,8 %. Построить градуировочную зависимость «интенсивность -концентрация», по которой определить концентрацию платины в образце катализатора и оценить относительную ошибку измерения. Для изучения образцов использовался растровый электронный микроскоп РЭМ 100У. Изучение с помощью микроскопии позволяет более тщательно исследовать влияние помола на дисперсность золы гидроудаления, а, следовательно, и ее взаимодействие с другими компонентами бетонной смеси. Для создания изображения в растровом - электронном- микроскопе (РЭМ) регистрируются либо вторичные электроны, либо упругорассеянные первичные электроны. Для этого электронный луч должен последовательно проходить все участки поверхности образца (сканирование луча), а эмитируемые электроны с поверхности попадать на коллектор электронов. Число строк сканирования в кадре обычно составляет от 500 до 1000, а время сканирования - от единиц секунд до единиц минут. Обычно в РЭМ используется диапазон напряжений 5-30 кэВ, с дальнейшим повышением напряжения может наблюдаться потеря разрешения. Дисперсный анализ золы гидроудаления.
Определение морозостойкости мелкозернистого бетона с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла
Для разработки мелкозернистого бетона (МЗБ) с применением золы гидроудаления омской ТЭЦ-5 был проведен обширный экспериментальный анализ исходных компонентов (см. гл. 2) и образцов на их основе.
Исследования химических процессов при взаимодействии зол гидроудаления с цементом являются ценным материалом для построения теории твердения этих бетонов и растворов на базе золоцементных вяжущих, имеющих столь большое значение для экономии цемента.
На свойства растворной составляющей существенное влияние оказывают не только физико-механические характеристики всех составляющих, но и степень их сцепления и взаимодействия, наличие трещин и пор как в самих составляющих, так и по границе их контакта. Контактная зона оказывает решающее влияние на деформативные и прочностные свойства раствора. Прочность сцепления золы гидроудаления с цементным камнем зависит от влажности, содержания ококсованных частиц, гранулометрического состава и предельной крупности частиц. В случае с кварцевым песком следует уделять внимание поверхности и виду песка, наличию глинистых, пылевидных частиц и другим факторам.
Золоминеральные материалы обладают меньшей жесткостью по сравнению с цементоминеральными. Об этом можно судить по модулю упругости (рис. 3.1). Чем меньше модуль упругости, тем эластичнее материал. Так, у золоминеральных материалов в зависимости от количественного содержания золы гидроудаления модуль упругости колеблется в пределах от 4000 до 7500 МПа. Для цементоминеральных материалов модуль упругости в 3,5 — 7 раз выше (табл. 3.1).
Повышенная эластичность золоминеральных материалов объясняется характером связей, образующихся при твердении золоминерального вяжущего. В структуре золоминерального камня преобладают в основном гелевидные новообразования, которые обуславливают твердение не за счет прямого срастания частиц, а через тонкие пленки воды. - Только- этим можно объяснить повышенную _ _ _ эластичность золоминеральных материалов, отмечаемую многими исследователями. Прочностные и деформативные свойства МЗБ изучались на образцах-балочках размером 4x4x16 см, после их твердения — в ваннах с гидравлическим затвором при комнатной температуре (/=20±2 С). Определение прочностных характеристик мелкозернистого бетона По современным воззрениям [21], продукты реакции вяжущего с водой обволакивают зерна вяжущего гелевой пленкой, при этом между оболочкой и зерном вяжущего имеется зона водного раствора, перенасыщенного продуктами растворения вяжущего. Часть этих продуктов, преимущественно гидроксид кальция, диффундирует через оболочку и размещается в пространстве между частицами вяжущего. Со временем эта зона пересыщается гидроксидом кальция, что приводит к кристаллизации портландита. На внутренней части гелевой оболочки из пересыщенного раствора отлагается преимущественно CSH, что обуславливает рост оболочки внутрь цементного зерна за счет его растворения. Дальнейшая гидратация протекает аналогично — через раствор диффузионных процессов, но с замедлением до тех пор, пока оболочка не уплотнится и не прекратится доступ воды к цементному зерну (рис. 3.2, 3.3, 3.4).
Зола в бетонах способствует формированию плотной структуры межзернового пространства заполнителей и менее дефектной контактной зоны заполнителей с цементным камнем. Это объясняется более высокой степенью гидратации цемента и реакцией между гидроксидом кальция и компонентами золы с образованием дополнительного количества геля из гидросиликата кальция со скрытокристаллической структурой. Вокруг зольных частиц возникает оболочка новообразований гидросиликатов кальция. Над поверхностью этих оболочек возникают более упорядоченные, чем в объеме цементного камня, волокнистые структуры продуктов гидратации клинкерных минералов, вытянутые по направлению к поверхности зольных частиц. В образовании упорядоченных волокнистых структур заключается структурирующая роль золы ТЭЦ. Этот эффект усиливается с увеличением удельной поверхности золы.
Применение мелкодисперсной золы влияет на плотность упаковки новообразований в структуре бетона. С увеличением доли мелких частиц в золе плотность упаковки будет повышаться за счет заполнения ими капиллярных промежутков, что, естественно, приводит к повышению плотности и нарастанию прочности бетона. Однако, как показали проведенные исследования, удельная поверхность золы более 650 м2/кг приводит к снижению прочности из-за увеличения В/Ц.
Организация проведения и результаты опытно-промышленных испытаний
. Выявлено, что значения прочности в возрасте 14 сут образцов с добавкой молотой золы гидроудаления ниже на 3,5 - 44 % в зависимости от её" количественного содержания и удельной поверхности, значений, полученных на эталонных образцах. Это можно объяснить тем, что мелкозернистый бетон с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла обладает особенностью более длительного набора прочности по сравнению с цементным. В ранние сроки твердения прочность мелкозернистых бетонных образцов с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла, как правило, ниже прочности эталонных, без золы. С течением времени прочность образцов с золой достигает прочности эталонных образцов и в дальнейшем прирост прочности продолжается. Испытание образцов показало, что через 60 сут прирост прочности составил 6,6 — 7,0 % по сравнению с прочностью в 28 сут, а через 90 сут - 15,0 - 15,5 %.
В начальные сроки твердения сказываются в основном физические факторы при использовании золы: уменьшается количество цемента, повышается водоцементное отношение (В/Ц). В более поздние сроки твердения проявляются пуццолановые свойства золы.
Установлено, что введение в мелкозернистую бетонную смесь с добавкой золы щёлочесодержащей добавки жидкого стекла в количестве 3 % от массы цемента повышает прочностные характеристики в возрасте 28 сут до 12-15%и ускоряет процессы схватывания до 8 - 10 % по сравнению с бездобавочной мелкозернистой бетонной смесью. 2. Определена оптимальная удельная поверхность золы гидроудаления. Проведенные исследования мелкозернистого бетона с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла показали, что с увеличением удельной поверхности кислой золы гидроудаления от 170 до 770 м /кг прослеживаются два пика значений прочности при сжатии, соответствующие двум областям. Первая область с интервалом Syd = 170 - 450 м /кг, с максимумом при Syd = 200 - 250 м /кг характеризует оптимальность упаковки мелкого заполнителя в мелкозернистом бетоне, т.к. линейные размеры частиц золы гидроудаления сравниваются с линейными размерами частиц песка (170 -200 мкм). Снижение прочности при Syo = 250 - 450 м /кг происходит вследствие того, что линейные размеры частиц золы гидроудаления (80 -50 мкм) выравниваются с линейными размерами частиц цемента (50 -60 мкм). Происходит уменьшение контакта частиц цемента друг с другом, за счёт заполнения частицами золы их межзернового пространства. Вторая область с интервалом Syd — 450 — 770 м /кг, с максимумом при Syd = 600 — 650 м2/кг свидетельствует о том, что зола гидроудаления выполняет роль микронаполнителя в структуре цементного камня. При Syd = 450 - 650 м /кг наблюдается многократное увеличение разницы между линейными размерами частиц золы гидроудаления (5 — 50 мкм) и цемента (50 — 60 мкм), что приводит к повышению прочности при сжатии. Дальнейшее падение прочности при Syd от 650 до 770 м /кг обусловлено превышением энергии ковалентных и ионных связей над энергией адгезии воды, в результате которого происходит слипание частиц и снижение гидратации. 3. Выявлено, что мелкозернистые бетоны с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла сами по себе твердеют медленно. По мере набора прочности на поверхности зёрен золы в плёночной воде при растворении СаО образуется плёнка гидроксида кальция, а между поверхностью частиц золы и пленкой образуется водный промежуток, так называемый контактный слой. В контактном слое постепенно осаждаются продукты гидратации. По мере заполнения контактного слоя продуктами гидратации цемента постепенно образуется прочная связь, обеспечивающая прочность контакта, а, следовательно, и материала в целом. 4. Используя методы многофакторного планирования регрессионного эксперимента, было изучено влияние комплекса особенностей технологических факторов и расхода различных компонентов на физико механические свойства мелкозернистого бетона с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла. В качестве варьируемых факторов рассматривались расход золы гидроудаления и цемента, тонкость помола золы гидроудаления, наличие добавки жидкого стекла. В качестве физико механических показателей выбраны: средняя плотность МЗБ Y\ и предел прочности при сжатии У2. В результате обработки данных получены следующие зависимости технологических факторов от физико-механических показателей (плотности и прочности при сжатии) мелкозернистого бетона с добавкой золы гидроудаления и жидкого стекла.
