Контакты

Адрес:
664056 г. Иркутск,
ул. Салацкого, 17
(м/р Приморский),

тел./факс: (3952) 793-663  
Написать нам письмо

Зола ТЭС - эффективный компонент бетона

А.Г. ЗОТКИН, канд. техн. наук, Иркутский государственный технический университет

  Рассматриваются технологические и технические эффекты введения зол ТЭС в бетоны, условия их эффективности, определение коэффициента эффективности зол, назначение составов бетона с золой при его использовании.

  Добавки различных видов - суперпластификаторы, ускорители твердения, воздухововлекающие и минеральные - играют все большую роль в обеспечении требуемых свойств бетона. Сегодня наличие добавок в бетоне - даже более важная проблема, чем расход цемента. В отечественной практике применяются в основном добавки первых трех групп (отдельно или в виде комплексов), что связано и с простотой их введения вследствие малых дозировок.
  Применение минеральных добавок, вводимых в больших количествах (50 -200кг/м3), носит сегодня, к сожалению, весьма ограниченный характер, несмотря на производственный опыт 1970-1980 гг., целый ряд позитивных технических эффектов и несомненный экономический эффект, а для основной добавки - золы ТЭС - очень важно и с позиций экологии. Прогнозируемый дефицит цемента в РФ - еще один аргумент в пользу минеральных добавок. В мировой практике зола ТЭС (а для высокопрочных бетонов - микрокремнезем или его комбинация с золой) вводится в подавляющее большинство бетонов и рассматривается многими специалистами как их обязательный компонент.
  Тот факт, что зола вводится в больших количествах, требует сокращения на ту же величину (лучше по объему, но допустима и чаще применяется на практике замена по массе) тех или иных компонентов бетона. Введение золы в бетонную смесь возможно разными способами, например, взамен цемента или взамен песка. Эти способы взаимосвязаны, что показано в таблице 1.фото 1
  Бетон с расходом золы 100 кг/м3 бетона (состав 2) может быть получен как ее введением взамен цемента в состав 1 с расходом цемента 330 кг/м3, так и взамен песка в состав 3 с расходом цемента 230 кг/м3. Замена произведена по объему. Изменения объемов вследствие большей водопотребности смеси с золой и меньшей плотности золы (р3 = 2,1 г/см3) компенсированы за счет расхода песка. При этом введение золы взамен цемента приводит к снижению прочности, которое трудно интерпретируется. Более информативно введение золы взамен песка: если зола эффективна -прочность растет (в примере - на 14%). На практике прочность обычно требуется сохранить на постоянном уровне, в этом случае часть золы заменяет цемент, а часть -песок. Пропорции замены зависят от эффективности золы, которая количественно может быть выражена коэффициентом эффективности (Кэ). Он имеет ясный физический смысл: отношение масс сокращаемого цемента и вводимой золы, при котором прочность бетона остается постоянной. При использовании Кэ упрощается и становится наглядным назначение состава бетона с золой. Так, Кэ=0,5 означает, что при введении в бетон, например, 100 кг золы для сохранения прочности расход цемента нужно сократить на 50 кг и еще на 50 кг - расход песка (при замене по массе). Если вводить золу в состав 1 (таблица 1) с целью получения равнопрочного бетона, то, приняв Кэ=0,31, получим состав 4 (замена по объему).
  Иногда более полезной оказывается «прочностная» интерпретация Кэ: отношение прироста прочностей при введении какого-либо количества золы и того же количества цемента. В этом случае Кэ проще определяется, т.к. прочностной эффект увеличения расхода цемента на каждом производстве известен, остается установить прочностной эффект введения золы (взамен песка). В качестве примера можно воспользоваться данными таблицы 1. Прочностной эффект 100 кг цемента - 11, 4 МПа, а 100 кг золы -5,1 МПа, откуда:фото 2
Кэ=0,45
  При использовании Кэ имеются и сложности, связанные с тем, что его величина зависит от расхода цемента, количества золы, режима твердения (так, приведенные выше значения Кэ справедливы для определенного расхода цемента). Это не является недостатком Кэ как показателя эффективности золы, а лишь отражает тот факт, что основа для расчета любого такого показателя - ее прочностной эффект в бетоне - зависит от указанных факторов. Из них наиболее существенное влияние оказывает расход цемента. Большинство российских зол имеет повышенную водопотребность, в этом случае Кэ будет снижаться с ростом расхода цемента, а для зол низкой водопотребности, пластифицирующих бетонную смесь, он может и повышаться. Вообще данные о характере зависимости Кэ от расхода цемента противоречивы, поэтому его лучше определять экспериментально. Данные некоторых отечественных работ представлены в таблице 2.
  Рост водопотребности в среднем (расход цемента 300 кг/м3) составил: для бетонной смеси с золой Ангарской ТЭС-1 -10л/м3; Бурштынской ГРЭС - 7 л/м3; сни-жение для Углегорской ГРЭС - 8 л/м3. Как видно из таблицы 2, больший прочностной эффект достигается в пропаренном бетоне (температурная активизация золы). Полезны даже небольшие повышения температуры, например, происходящие при твердении бетона массивных сооружений. В этом случае контрольные образцы также выдерживаются при повышенной температуре и эффект золы возрастает.
  С ростом расхода золы ее эффективность снижается. Если установление этой зависимости представляется достаточно трудоемким, то можно ограничиться одним расходом золы (например, 100-1 50 кг/м3), а больший Кэ при меньших расходах золы рассматривать как некоторый коэффициент запаса прочности. Такие составы могут быть в дальнейшем скорректированы по результатам производственного контроля прочности бетона. В итоге можно ограничиться определением Кэ для бетонов с 2-3-кратными расходами цемента (как это представляется в таблице 2).
  Основным видом золы, вводимой в бетоны, является низкокальциевая зола ТЭС сухого удаления. Она представляет собой преимущественно силикатное стекло, слагающий его аморфный кремнезем химически активен по отношению к Са(ОН)2, выделяющемуся при гидратации цемента (т.н. пуццоланическая активность). Реакция между ними приводит к образованию высокодисперсных гидросиликатов кальция (типа СаО*SIO2*Н20) с высокой связующей способностью взамен малопрочного Са-(0Н)2, а измельчение частиц - к уменьшению размеров пор и снижению проницаемости. Все это улучшает структуру бетона. К сожалению, пуццолановая реакция начинается поздно (примерно в 7-суточном возрасте) и протекает медленно; основной ее эффект при нормальном твердении бетона проявляется к 3-месячному возрасту, но более интенсивное твердение бетона с  золой наблюдается и в более позднем возрасте - до года и более. В итоге прочностной эффект введения золы и экономии  цемента, определенные по 28-дневной прочности, оказываются ниже, чем для бетона большего возраста. Тем не менее этот  «возрастной» эффект не теряется, а обусловит и дополнительный запас прочности, и пониженную проницаемость, а следовательно, повышенную долговечность такого  бетона (разумеется, при условиях, способствующих продолжению гидратации в позднем возрасте).
  Кроме пуццоланического эффекта, зола оказывает на бетон и значительное физическое воздействие, которое принято называть «эффектом микронаполнителя». В чистом виде он проявляется в повышении прочности при введении в бетон инертных порошков, например, молотого песка, пылевидных отходов дробления и т.д. Его основой можно считать увеличение концентрации дисперсных частиц в цементном тесте-камне, что вызывает снижение его по-ристости. Другой аспект этого эффекта проявляется в бетонных смесях с низким расходом цемента, где имеет место явный дефицит дисперсных частиц. Введение золы его ослабляет или ликвидирует, в итоге улучшается зерновой состав цементно-песчаной составляющей, уменьшается расслоение бетонной смеси и повышается однородность бетона. Следует отметить, что «стабилизирующая» роль золы возрастает в связи с тенденцией применения в моно¬литом строительстве все более подвижных смесей, с повышенной склонностью к рас¬слоению.
При увеличении расхода цемента рас¬слоение бетонной смеси снижается, но по¬вышается тепловыделение твердеющего бетона, что может привести к образованию микротрещин уже на ранних стадиях твер¬дения. Сокращение расхода цемента при введении золы снижает тепловыделение и вероятность образования термических микротрещин, что также улучшает структу¬ру бетона. В массивном бетоне опасность микротрещин существенно возрастает, и положительная роль золы проявляется во всем диапазоне расходов цемента.
В бетон могут вводиться золы ТЭС, от¬вечающие определенным требованиям, в первую очередь к их химическому составу. ГОСТ 25818-91 нормирует: содержание СаО, МдО, 503, щелочей, а также потери при прокаливании. Из показателей, определя¬ющих эффективность золы в бетоне, нор-мирована только удельная поверхность (для бетона железобетонных изделий >250м2/кг).
За рубежом в качестве основной харак¬теристики зол для бетонов используется дисперсность. Принято считать, что имен¬но дисперсностью определяются такие важ¬ные свойства зол, как водопотребность, пуццоланическая активность, микронапол-няющий эффект, потери при прокаливании. Ее оценивают по остатку на сите 45 мкм, считая, что удельная поверхность зол, со¬держащих пористые частицы, определяет¬ся неточно. Но зарубежные стандарты, на-пример, европейские нормы Е1М-450 «Зола для бетона» наряду с химическим составом нормируют не только дисперсность, но так¬же индекс активности (характеризующий прочностной эффект золы в смеси с цемен-

Показать в формате для печати