Бетон.ру

Использование сожженого сланца в бетонных смесях

Электрофильтровая сланцевая зола (сожжённый сланец) является эффективной активной минеральной добавкой в цемент или бетон. Акционерное общество "Ээсти Энергия Нарсвкие электростанции" (www.powerplant.ee) за несколько десятилетий превратили сожженый сланец в товар, разделив этот продукт на фракции, разработав совместно с наукой стандарты использования, хранения и транспортировки. Изучение использования сожженого сланца ведут такие научные деятели как: Директор института строительных материалов Таллинского Технического Университета профессора Т. Лаура который в течение 40 лет занимается проблематикой сланцевой золы, главный научный специалист ведущего в России института цементной промышленности ОАО "Гипроцемент" - профессор Судакас Л.Г., президент холдинга "СОВБИ" - профессор Васильева В.Д. Все они положительно рассматривают перспективы использования электрофильтровой сланцевой золы в бетонной промышленности. Технологические свойства этого материала делают её применение в бетонном производстве практически адекватным технологии ввода цемента в бетонную смесь, поскольку удельная поверхность электрофильтровой сланцевой золы составляет от 250 до 350 м2/кг, плотность 0.9-1.1, что примерно адекватно цементу. За счёт меньшей плотности уменьшается расход энергии на перекачку золы в производственном процессе, не происходит излишнего налипания продукта на внутренние поверхности продуктопроводов. Зола прекрасно транспортируется в тех-же транспортных средствах что и цемент, то есть в вагонах типа хоппер и автоцементовзах. Сорокалетний опыт использования сланцевой золы в Прибалтике показал её высокую эффективность.

Сланцевая зола как компонент вяжущих систем

Минеральный остаток от сжигания горючих сланцев - сланцевая зола, (в терминологии российского стандарта ГОСТ 31108-2003 и европейского стандарта EN 197-1 «обожженный сланец»), представляет собой вторичный продукт - отход, получающийся на тепловых электростанциях, использующих диспергированный горючий сланец в качестве технологического топлива. Используемая в цементной технологии зола улавливается в системах обеспыливания - прежде всего в электрофильтрах и таким образом относится к группе материалов, называемых в технологии цементов «летучая зола - унос». Состав сланцевой золы включает в себя минералы портландцсментпою клинкера - до 10% двухкальциевого силиката, 2СаО-SiО₂, до 2% трехкальцисвого алюмината, ЗСаО-Аl₂О₃, кроме того около 30% стекловидной фазы, до 17% сульфатов кальция, около 30% - нерастворимого остатка, до 11% - свободного, несвязанною оксида кальция, СаОсв. Валовый химический состав сланцевых зол содержит помимо главных клинкерообразующих оксидов SiО₂, Al₂О₃, FeО₃, СаО, также до 11% SО₃, до 7% К₂О+Na₂О, 2,5-3% МgО. В систему российской стандартизации сланцевая зола была включена со всей определенностью в ГОСТ 31108-2003, гармонизированный с требованиями европейского стандарта EN 197-1.

До этого использование сланцевой золы в отечественной цементной промышленности осуществлялось по республиканским стандартам Эстонской ССР, например РСТ ЭССР 198-78 на сланцсзольный протландцемент. Главным преимуществом сланцевой золы как активной минеральной добавки является значительное, па 10-20%, снижение водопотребности соответствующих твердеющих систем по сравнению с бездобавочными или включающими в своем составе другие добавочные компоненты и на этой основе повышение прочности и улучшение других технологических свойств. Происхождение этого эффекта связано со сфероидными формами тонких минеральных частиц, а так же наличием в исходном составе золы тонкодисперсных активаторов твердения - свободного или гидратированного СаО, а также сульфатов кальция. Стимулирующая роль сланцевой золы при твердении находит свое практическое приложение помимо повышенной прочности соответствующих объектов - бетонов, растворов и т.д. также в их повышенной морозостойкости, коррозионной и гидротермической устойчивости, практически бсзусадочности. Опыт многолетнего использования сланцезолыюго портландцемента в таких изделиях, как предварительно напряженные железобетонные конструкции, например Таллиннской телебашни, Ленинградской атомной электростанции, пропариваемые бетоны, дорожные бетонные объекты и др., подтверждает высокие технико-технологические качества вяжущих систем на основе цементов, содержащих сланцевую золу.

Способов ввода сланцевой золы в твердеющие системы два. Во-первых, в качестве активной минеральной добавки в цемент через совместный помол компонентов портландцемента. Во-вторых, при непосредственном вводе золы в бетонную смесь или другую твердеющую систему па основе бсздобавочного портландцемента. При втором способе появляются дополнительные возможности самостоятельною модифицирования дисперсности и гранулометрического состава добавки, а так же количественного варьирования процента ее ввода. Стандартизированное дозирование сланцевой золы в портландцемент находится в пределах 6-20% (Цем А-Г, ГОСТ 31108-2003). В европейском стандарте EN 197-1 имеется также разновидность портландцемента с обожженным сланцем СЕМ II В-Т, в которой содержание добавки может находиться в пределах 21-35%. В целом сланцевая зола является высокоэффективным активным компонентом как в составе цементов, так и при cамостоятелъном вводе ее в растворы и бетоны.

Качественные показатели ввода сожженого сланца  в бетонную смесь

Испытания использования сланцевой золы, проведенные в лаборатории ЗАО «Адамант СПб», показали следующие результаты:

Контрольная проба без введения сланцевой золы:

- Цемент: ПЦ 500-Д0, г. Старый Оскол

- Контр.: ПГС МК 2.3, гравийность 15%

- Щебень: Спецснаб, фракция 5-20

- Добавка: ЛТС 340 (0,6%), 201(0,5%) 

- ОК 25см

- Пл б С. 2400кг/адЗ 

Проба с замещением 15% цемента сожженым сланцем:

- Цемент: ПЦ 500-Д0, г. Старый Оскол.

- Контр.: ПГС МК 2.3, гравийность 15%

- Щебень: Спецснаб, фракция 5-20

- Добавка: ПТС 202.

- Наполнитель: Зола сланца 

- ОК 24 см

- Пл. б.с 2430кг/мЗ

- через 1 час

- ОК18см

- Пл. б.с 2430кг/мЗ

Испытания сланцевой золы были проведены на таких предприятиях в Санкт-Петербурге, как «Объединение45», «Метробетон», «Ленстройдеталь», «Адамант СПб», «Беатон», «Совби» и других. Во всех случаях при замещении 20% цемента сланцевой золой наблюдают увеличение ранней и 28-суточной прочности по сравнению с контрольной цементной пробой. В случае с самоуплотняющимся бетоном, проба с сланцевой золой дала прочность на 10 Мпа выше, чем проба с минеральной мукой, которая была использована ранее. Благодаря физическим свойствам частиц сожженого сланца повышается пластичность и уменьшается водопотребность смеси, что ведет к увеличению прочности. Сланцевая зола также положительно влияет на водонепроницаемость бетонной смеси т.к. создается меньше пор и каверн и не уменьшает морозостойкости.

Контактная информация: 

Данная статья была подготовлена на базе материалов главного научного сотрудника ОАО "Гипроцемент", доктора технических наук Л.Г. Судакаса