Л. А. МАЛИНИНА, д-р техн. наук, шроф. (НИИЖБ); В. Г. ДОВЖИК, канд. техн. наук (ВНПО Союзжелезобетон); М. Ю. ЛЕЩИНСКИЙ, канд. техн. наук (трест Киевгорстрой); 3. Б. ЭНТИН, канд. техн. наук (НИИЦемент), Экономия материальных и энергетических ресурсов в технологии бетонов
За одиннадцатую пятилетку в нашей стране было выпущено 635 млн. т цемента, из которых около 80 % израсходовано на капитальное строительство, изготовлено более 1,5 млрд. м3 бетонов и растворов разных видов.
За этот период только для тяжелого бетона и растворов потребовалось более 1 млрд. м3 крупного заполнителя, около 0,8 млрд. м3 природных песков. По самым скромным оценкам, на такое количество бетонов потребовалось более 0,2 млрд. т уел. топлива, основная часть которого приходится на долю цемента в бетоне и на тепловлажностную обработку.
Объемы производства бетона в текущей пятилетке и последующие годы существенно увеличатся, и это потребует огромных материальных и энергетических ресурсов. В других отраслях народного хозяйства выпуск основной продукции сопровождается образованием большого количества отходов (вскрышные породы, отходы камнедробления, шлаки черной и цветной металлургии, золы ТЭС и т. д.). Только небольшая их часть утилизируется. Происходит, с одной стороны, уменьшение природных ресурсов и вынужденное применение заполнителей, зачастую не отвечающих требованиям стандартов, а с другой — растут горы отвалов из отходов, часто вполне пригодных в технологии бетонов.
Среди промышленных отходов наиболее широко используются металлургические шлаки. Они идут на производство цемента, заполнителей, минеральных волокон и т. д.
На тепловых электростанциях страны образовалось в 1987 г. более 110 млн.т золошлаковых отходов, а к 1990 г. их количество возрастет до 155 млн. г. В отвалах скопилось более 1 млрд. т золошлаковых отходов. В технологии бетона и железобетона в 1987 г. израсходовали около 3,5 млн. т таких отходов, в том числе примерно 1 млн. т сухой золы-уноса, остальное — отвальная золошлаковая смесь. Эффективность наличия золы в бетоне объясняется тем. что она выполняет роль полифункционального компонента — функции заполнителя, активной минеральной добавки, пластификатора и микронаполнителя. Бетонные смеси с золами обладают большей связностью, лучшей перекачиваемостью, меиьшим водоотделеиием и расслоением. Бетон имеет при этом большую прочность, плотность, водонепроницаемость, стойкость к некоторым видам коррозии, меньшую теплопроводность. Наиболее хорошо организована утилизация золошлаковых отходов на Украине в 1987 г. для бетона и железобетона использовали 1,8 мли. т (13% годового выхода). В Главкиевгорстрое золу применяют на всех заводах ДСК треста «Стройдеталь» для легких и тяжелых бетонов сборных и монолитных конструкций, а также для строительных растворов. В Главкиевгорстрое с 1984 по 1987 г. объем использования отходов составил 6,2; 18,5; 33,7 и 44 тыс. т. Благополучно положение дел в Ростовской и Свердловской областях. В то же время в наиболее богатой золошлаковыми отходами Казахской ССР, где находятся электростанции, работающие на высокозольных экибастузских углях, в дело идет не более 1 % годового выхода.
Однако ие все золошлаковые отходы пригодны для бетонов, особенно армированных вследствие своего химического состава. Наиболее эффективны кислые золы и золошлаковые смеси ТЭС, не обладающие вяжущими свойствами; их пуццоланическая активность проявляется во взаимодействии с цементным вяжущим. В зависимости от этой характеристики по отношению к конкретному цементу, водопотребности и удобоукладываемоети бетонной смеси, расходу вяжущего, условиям и длительности твердения удается сократить расход цемента на 10...40 %. При оптимальном содержании золы (150... ..200 кг/м3 бетона) расход цемента при температуре пропаривания 80„.90°С можно снизить на 60... 120 кг/м3. При 60...70°С экономия цемента уменьшается до 30...50 кг/м3.
Наиболее стабильную экономию цемента дает сухая зола-унос. В настоящее время в Минэнерго СССР ее отбор организован на 30 электростанциях в объеме более 6 млн. т, причем только половина пригодна без ограничения для производства железобетона. Фактически на эти цели расходуется лишь 30 % сухой золы, что связано с нуждами в золах других отраслей народного хозяйства и недостатками в организации ее поставок. С учетом этих факторов при намечаемом к 1990 г. увеличении выпуска сухой золы можно изготовить 15...20 млн. ч3 бетона и железобетона, сэкономить 1,5...2 млн. т цемента. Поэтому необходимо наряду с сухой золой повсеместно задействовать отвальную золу и золошлаковые смеси.
На предприятиях Донбасса и Приднепровья золошлаковые смеси с содержанием шлака 20...50% складируют и транспортируют как обычные заполнители и вводят их в состав бетона в количестве 200...600 кг/м3, что снижает расход цемента на 20. 60 кг/мГ Смеси с малой долей шлака после реконструкции складов и системы подачи можно применять как заполнители. Поскольку в межсезонье бывают перебои, заслуживает внимания технология введения отвальной золы в виде зольной пульпы, освоенная на Казанском заводе ЖБК-1 и других предприятиях.
В последнее время в качестве компонента бетона начинают вводить отходы с высокой степенью дисперсности (20 тыс. м2/кг и более). Характерным представителем таких материалов являются отходы производства ферросилиция — порошкообразный кремнезем, содержащий до 85...95 % аморфного Si02. Несмотря на то, что большая дисперсность несколько увеличивает водопотребность бетонных смесей, высокая реакционная способность порошкообразного кремнезема и его роль как наполнителя существенно повышают плотность, морозостойкость, водонепроницаемость и прочность. Экономия цемента при введении 5... 10 % массы цемента порошкообразного кремнезема составляет 20...35 %.
В технологии легких бетонов экономия материально-энергетичеекях ресурсов связана с расходом и энергоемкостью не только цемента, но и пористых заполнителей. Это в первую очередь касается керамзитобетона, доля которого составляет 70...80 % общего выпуска легкобетониых конструкций. Для уменьшения расхода цемента и керамзита следует использовать при приготовлении керамзитобетонов золы ТЭС. При введении их в количестве 100... ..200 кг/м3 можно отказаться от обжигового или дробленого керамзитового песка я снизить расход цемента на 5...10 % для бетонов классов В3,5... ..ВТ.5 (однослойные панели) и на 15... -30% для бетонов классов BI0...B15 (многослойные панели). Конструкционно-теплоизоляционные керамзитобетоны с пониженной плотностью следует приготовлять на золах ТЭС или керамзитовом песке с обязательным введением воздухововлекающих добавок. Расход цемента для таких бетонов ие должен превышать 180...200 кг/м3, а необходимая прочность обеспечивается высокотемпературной тепловой обработкой.
Для конструкционных легких бетонов кроме зол ТЭС для снижения расхода цемента эффективны суперпластификаторы и модифицированные технические лигносульфонаты, а также крупные пористые заполнители повышенной прочности. Для бетонов классов В10...В25 увеличение прочности пористого заполнителя по сравнению с минимально допустимой по ГОСТ 25820—83 снижает расход цемента на 25...35 %. При намеченном на 1990—1995 гг. ежегодном выпуске 30...40 млн. м3 конструкции и изделий из легких бетонов массовым внедрением ресурсосберегающих приемов и мероприятий можно сэкономить 1...2 млн. т цемента.
Экономия материальных и энергетических ресурсов в бетонах связана с развитием цементной промышленности. При этом можно выделить три принципиальных направления; лучшая адаптация видомарочного ассортимента цементов к запросам потребителей, снижение приведенных топливно-энергетических затрат на 1 т цемента, улучшение качественных показателей цемента.
Согласно прогнозу, к 1995 г. потребность в цементе марки 300 составит 34...38 млн. т (не менее 23 % общего выпуска). Она может быть удовлетворена производством малоклинкерных цементов (30...35 % клинкера) с введением местных добавок, приготовленных на помольных установках в местах массового потребления. При использования 30 % клинкера средней активности и таких добавок, как золы ТЭС, доменный, феррохромовый или вулканический шлак и другие местные материалы, активность цементов составляет 23...32 при нормальном твердении и 28..35 МПа после пропаривания. С учетом небольшой доли клинкера суммарные приведенные энергозатраты по сравнению с шлакопортландцементом марки 300 сокращаются на 20...23 %.
Снижение энергозатрат на 1 т цемента достигается при сухом способе производства, однако для этого необходимы большие капитальные затраты. Выпуск тонкомолотых цементов с дисперсностью более 400 м2/кг также снижает суммарные затраты. При этом расход клинкера на 1 м3 бетона сокрашастся примерно на 20 %. при повышении дисперсности до 450...500 мкг шлакопортландцемент марки 400 можно получить при введении до 55..60 % шлака вместо 39 % в настоящее время.
Бетон и железобетон, 1988