Материаловедение

СОДЕРЖАНИЕ

1. Тенденции использования топливных шлаков и зол в отечественном строительном производстве 3

2. Ячеистый бетон 5

3. Теплоизоляционные материалы 7

4. Использованная литература 12

1. ТЕНДЕНЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВНЫХ ШЛАКОВ И ЗОЛ В ОТЕЧЕСТВЕННОМ СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Золы и шлаки ТЭЦ при правильном и эффективном их ис¬пользовании представляют собой огромное богатство и ис¬точник расширения сырьевых ресурсов различных отраслей промышленности, в первую очередь промышленности стро¬ительных материалов. В нашей стране выполнены большие научно-исследовательские работы и накоплен значительный опыт по использованию золошлаковых отходов электростанций.

Большой практический интерес представляет исследование возможностей массового использования золошлаковых сме¬сей в качестве заполнителей в бетоны различного назначения. Это обусловлено как зерновым и химическим составом, так и физико-механическими характеристиками отходов ТЭЦ. Зерновой состав смеси соответствует рекомендуемым составам пес¬ков для бетонов, модуль крупности составляет 3,42, что по¬зволяет отнести его по существующей классификации к круп¬ным пескам. По химическому составу материал на 80 % со¬стоит из кремнезема, глинозема и гематита. Результаты испытаний на прочность золошлаковых бетонов естественно¬го твердения, подвергнутых тепловлажностной обработке, показывают, что расход цемента для получения требуемой прочности не превышает нормы.

Для изучения изменения прочности золошлакобетона во времени были проведены исследования бетонов на основе золошлако¬вых смесей с золоотвалов Беловской ГРЭС, Кемеровской ГРЭС, Новокемеровской ТЭЦ. Бетонная смесь готовилась в трех ви¬дах смесителей: турбулентном, гравитационном, принудитель¬ного перемешивания. Образцы-кубики 100x100x100 мм под¬вергались термообработке по режиму 3,5 + 8 + 2 ч. при температуре 90° С, а часть образцов твердело в нормальных условиях. Изменение прочности бетона во времени опреде¬ляли по результатам испытания образцов в возрасте 1,7, 14, 28, 180 и 1340 сут. Анализ полученных данных показал, что прочность золошлакобетона в возрасте 180 сут. составляет 116 ...128 % от марочной, а через 1340 сут. — 51 ... 68 % в зависимости от состава, условий приготовления и твердения. Таким образом, вопросы повышения долговечности материа¬лов из отходов являются весьма актуальными.

В 1988—1989 гг. Кузбасским политехническим институтом проводились исследования, подтверждающие возможность при¬менения смеси топливных и доменных шлаков для изготовле¬ния тяжелых цементных бетонов классов от В7,5 до В35. Эти бетоны обладают физико-механическими и деформативными характеристиками, не уступающими, а иногда и превышающи¬ми соответствующие показатели бетонов на природных мате¬риалах. Морозостойкость бетона на шлаковом заполнителе составляет F 100 ... F 400, водонепроницаемость W4...W12, предел прочности при сжатии после пропаривания 16...50 МПа. Шлаковый бетон коррозиестоек в условиях сульфатной агрессии и действия жидкой среды жизнедеятельности животных. Технология изготовления бетона на заполнителе из смеси доменного и топливного шлаков легко вписывается в технологические схемы действующих предприятий строительной индустрии.

Растущий дефицит в строительстве вяжущих веществ, в част¬ности портландцемента, заставил ученых и практиков искать пути снижения его расхода в растворах и бетонах без ухудше¬ния их свойств. Эффективные смешанные вяжущие с исполь¬зованием местных материальных ресурсов были разработаны в Казанском инженерно-строительном институте. Вяжу¬щие получали путем повторного помола рядовых портландцементов с грубодисперсными минеральными порошками природного и искусственного происхождения, такими, как реч¬ной песок, доломитовая и известняковая мука, формовочная смесь, зола ТЭЦ. Механо-химическая активация поверхности цемента и минеральной добавки позволяет повысить проч¬ность портландцемента на 20...24 %. Эффект увеличения прочности может быть усилен введением суперпластификато¬ров. Цементно-песчаные растворы и мелкозернистые бето¬ны, полученные на смешанных вяжущих, дали хорошие ре¬зультаты.

Зола электрофильтров и золошлаковые смеси из отва¬лов — эффективный компонент сырьевой смеси при произ¬водстве портландцементного клинкера для замены глинистого и карбонатного компонентов или как корректирующая добавка.

Известен метод Л. Триефе для получения вяжущего из расплава известняка и золы, резко охлаждаемого водой, ко¬торый затем подвергается помолу и сушке. Этот метод по¬зволяет уменьшить количество известняка до одной трети, отказаться от глины и известняка при получении цемента.

Одним из главных утилизаторов топливных зол и шлаков являются строители дорог. Наблюдения за опытными участка¬ми дорог, построенными в разное время в нашей стране и за рубежом, подтверждают возможность использования золы во всех слоях оснований дорожных одежд для любой транс¬портной нагрузки. Дорожные одежды с использованием зол и шлаков имеют достаточную прочность, морозостойкость, долговечность. Стабилизированные с помощью цемента и золы, материалы продолжают увеличивать свою прочность с течени¬ем времени, а наиболее интенсивное нарастание прочности наблюдается в возрасте 90—120 суток.

На протяжении последних 10 лет изготовлено свыше 100 тыс. м3 дорожных плит, дорожного и газонного бордюра, тротуарной плитки, колец и других изделий на золе сухого удаления и гранулированного шлака, полученных от сжигания каменных углей Львовско-Волынского бассейна. Золошлаковые смеси применялись в качестве активных минеральных добавок, микронаполнителей, заполнителей. Изделия для дорожного строительства изготавливались из бетонов классов В15 ... В35. При этом расход золы на 1 м3 бетона составил 50...100 кг, шлака — 200 ... 400 кг. Наилучшие результаты получены при замене 40 % мелкозернистого песка гранулированным шпаком.

Многочисленные исследования, проведенные в последнее время, говорят о том, что введение в состав бетонов золош¬лаков кислого состава повышает их стойкость в агрессивных средах.

Большой экономический эффект дает применение топлив¬ных золошлаков в качестве вяжущего для стабилизации грун¬тов.

Необходимо отметить более высокую жесткость бетонных смесей на золошлаке по сравнению с бетонными смесями на традиционных заполнителях, что объясняется высокой адсорб¬цией золошлаковых смесей, способствующей снижению водоцементного отношения, а следовательно, и удобоукладываемости. Прочность золошлаковых бетонов выше, чем у бето¬нов на традиционных заполнителях. Это связано со многими причинами: во-первых, снижение водоцементного отношения ведет к повышению плотности, а следовательно, и прочности бетона; во-вторых, сказывается эффект "мелкозернистых по¬рошков"; в-третьих, высокая прочность в поздние сроки твер¬дения объясняется эффектом пуццоланизации, характерным для топливных отходов. По результатам исследований постро¬ено несколько участков дорог, устроено основание из укаты¬ваемого бетона на золошлаковых смесях.

Таким образом, диапазон применения золошлаковых сме¬сей гидроудаления и зол-уноса ТЭЦ весьма обширен. Резуль¬таты научных исследований, опытные работы позволяют сде¬лать вывод о замене некоторых традиционных материалов на отходы промышленности. При этом свойства материалов с использованием зопошлаков не только не уступают традици¬онным, но в некоторых случаях и превосходят их. Надо ска¬зать, что несмотря на большой объем научных разработок в области использования отходов, в нашей стране отходы ис¬пользуются еще очень cлa6o.

2. ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН

Ячеистые бетоны на 60...85% по объему состоят из замкнутых пор (ячеек) размером 0,2...2 мм. Ячеистые бетоны получают при затвердевании насыщенной газовыми пузырьками смеси вяжущего, кремнезимистого компонента и воды. Благодаря высокопористой структуре средняя плотность ячеистого бетона невелика — 300...1200 кг/м3; он имеет низкую теплопроводность при достаточной прочности. Бетоны с желаемыми характеристиками (плотностью, прочностью и теплопро¬водностью) сравнительно легко можно получать, регулируя их пористость в процессе изготовления.

Состав и технология ячеистых бетонов. Вяжущим в ячеистых бетонах может служит портландцемент (или известь) с кремнеземистым компонентом. При применении известково-кремнезёмистых вяжущих получаемые бетоны называют газо- и пеносиликаты.

Кремнеземистый компонент — молотый кварцевый лесок, гранули¬рованные доменные шлаки, зола ТЭС и др. Кремнеземистый компо¬нент снижает расход вяжущего и уменьшает усадку бетона. Применение побочных продуктов промышленности (шлаков и зол) для этих целей экономически выгодно и экологически целесообразно.

Соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим устанавливается опытным путем.

Для получения ячеистых бетонов используют как естественное твердение вяжущего, так и активизацию твердения с помощью пропаривания (t = 85...90°С) и автоклавной обработки (t = 175° С). Лучшее качество, имеют бетоны, прошедшие автоклавную обработку. В случае применения извести в составе вяжущего автоклавная обработка обя¬зательна.

По способу образования пористой структуры (методу вспучивания вяжущего) различают: газобетоны и газосиликаты; пенобетоны и пе¬носиликаты.

Газобетон и газосиликат получают, вспучивая тесто вяжущего газом, выделяющимся при химической реакции между веществом-газообразователем и вяжущим. Чаще всего газообразователем служит алюми¬ниевая пудра, которая, реагируя с гидратом оксида кальция, выделяет водород

ЗСа(ОН)2 + 2Аl + 6Н2О  ЗСаО • Аl2О3 - 6Н2О + H2

Согласно уравнению химической реакции, 1 кг алюминиевой выделит до 1,25 м3 водорода, т. е. для получения 1 м3 газобетона требуется