Бесклинкерные вяжущие вещества на основе торфяной золы
Подготовил Огородников А.А.
Из всех техногенных отходов шлаки и золы от сжигания твердого топлива занимают одно из первых мест по объемам образования, т.к. уголь, торф и горючие сланцы являются главными источниками для выработки энергии.
При сжигании твердых видов топлива образуются золя и шлаки. Причем на многих ТЭЦ и ТЭС ежегодное количество золошлаковых отходов превышает 1 млн тонн.
Топливные отходы, образующиеся в значительных объемах, занимают ценные земельные угодья, а содержание отвалов требует существенных затрат. При этом золошлаковые отходы прошли высокотемпературную обработку и получили свойства, которые предопределяют возможность использования их при получении различных видов строительных материалов, что подтверждается научными исследованиями и практическим опытом.
Исследованию золошлаковых отходов ТЭС и ТЭЦ и влияния их на свойства цементов и бетонов посвящено много работ. Вместе с тем, до сих пор в Российской Федерации и Республике Беларусь применение золошлаковых отходов в производстве строительных материалов остается крайне ограниченным, и наша страна в этой области намного отстает от других промышленно развитых государств. Объемы утилизации золошлаковых отходов у нас пока незначительны, что не может привести к заметному сокращению накопленных отходов. При этом для регионов, богатых торфяными ресурсами, особую актуальность приобретает использование золы, образующейся при сжигании торфа. В связи с этим, актуальной задачей в данной области является исследование торфяной золы для оценки её пригодности в качестве основного сырьевого компонента при производстве вяжущих веществ.
По теплотворной способности торф (как вид топлива) нисколько не уступает различным видам угля, дровам и сланцам. Поэтому на некоторых городских ТЭЦ и местных котельных торф применяется как в качестве основного, так и в виде резервного источника топлива. При этом, следует отметить, что при сжигании торфа в котельных ЖКХ стоимость тепла значительно меньше.
В частности, при сжигании торфа в основной массе образуется минеральный остаток – зола, представляющая собой порошок темно-серого (почти черного) цвета. Размер частиц главным образом не превышает 0,16 мм. В результате проведенных сотрудниками БГТУ им. В.Г. Шухова комплексных исследований гранулированного состава торфяной золы с помощью электронного микроскопа высокого разрешения TESCAN MIRA 3 LMU, показали, что торфяная зола состоит из мелких частиц преимущественно от 30 до 100 мкм, поверхность которых неровная, с выемками и углублениями. Присутствует высокодисперсная масса, образующая целые поля.
По результатам рентгенофазового анализа, проведенного на рентгеновском дифрактометре ARL XTRA, можно заключить, что в торфяной золе преобладающей является рентгеноаморфная фаза (~74-76 %). В кристаллической фазе золы отмечается кварц (18-20 %), муллит (~2 %), кальцит (~2 %) и магнетит (~2 %).
Исследуемая торфяная зола характеризуется достаточно высоким содержанием CaO (~23-30 %). Вместе с тем, в целом, по химическому составу она представляет собой кислое (по модулю основности) алюмосиликатное сырьё. Порошки проб торфяной золы не гидратируются водой и самостоятельно не твердеют. Это существенно осложняет применение отхода в производстве вяжущих веществ. Для полной гидратации золы необходимо введение щелочного компонента. Причем, как показывают многочисленные исследования, для кислого алюмосиликатного сырья наиболее целесообразным является использование низкомодульного жидкого стекла. В этом случае, образуется камень высокой плотности, состоящий из более низкоосновных, чем при использовании других щелочных компонентов, новообразований. Однако на отечественных предприятиях (РФ, РБ) жидкое стекло производится только лишь со сравнительно высокими значениями силикатного модуля. Поэтому с целью снижения значений этого показателя в промышленное жидкое стекло с силикатным модулем n=2,79 вводилась щелочь NaOH, и осуществлялся дополнительный провар. После охлаждения, полученное в результате непродолжительной термической обработки, низкомодульное жидкое стекло использовалось для затвердения торфяной золы и получения золощелочного вяжущего.
Активность исследуемого вяжущего определялась на образцах размером 4х4х16 см, изготовленных из растворной смеси состава: торфяная зола и кварцевый песок в соотношении 1:3, подвергнутых тепловлажной обработке при температуре изотермического прогрева 85 °С.
Экспериментально установлено, что на основе торфяной золы и модифицированного жидкого стекла из силикат-глыбы может быть получено золощелочное вяжущее активностью до 20 Мпа и более. Причем, варьируя свойства жидкого стекла (по содержанию щелочи и плотности) и его расход, можно получить изменение прочности искусственного камня в несколько раз.
Таким образом, выполненные эксперименты показали, что торфяная зола может быть эффективно использована как основной сырьевой компонент при получении золощелочного вяжущего. Эффективность использования торфяной золы в производстве бесклинкерных вяжущих веществ определяется не только их достаточно высокими физико-механическими характеристиками, расширением сырьевой базы вяжущих, но и возможностью решения экономических и экологических проблем, связанных с утилизацией промышленных отходов.
По материалам издания ООО РИФ «Стройматериалы», журнал «Строительные материалы», 10/2019 (РФ).
