Использование промышленных отходов в производстве строительных конструкций, изделий и материалов
Использование промышленных отходов в производстве строительных конструкций, изделий и материалов
Расчетно-графическая работа
на тему: Использование промышленных отходов в производстве
строительных конструкций, изделий и материалов
Одесса
2010
Введение
Дисперсные
минеральные добавки рекомендуются вводить в бетон и бетонные смеси для
достижения следующих основных целей:
- Обеспечение
экономии цемента, повышение однородности, связанности, удобоукладываемости
бетонной смеси и обеспечения специальных свойств. - Обеспечение специальных
свойств бетона - сульфатостойкости, жаростойкости, водостойкости,
сопротивляемости щёлочной коррозии, уменьшение тепловыделении; снижение
стоимости бетона.
Эффективность
действия минеральных добавок зависит от их водопотребности и активности,
состава бетона, наличия пластификатора, условий выдерживания и режима ТВО.
Эффективность возрастает со снижением класса бетона по прочности, а также при
переходе от подвижных к жестким смесям и при использовании песков с повышенной
пустотностью. Эффективность применения конкретных видов добавок следует
устанавливать опытным путем в процентах подбора состава бетона.
Характеристика
некоторых видов добавок
Доменные шлаки
Одним из
важнейших компонентов шлаковых цементов является доменный шлак, получаемый при
выплавке чугуна; так как в исходной железной руде содержатся глинистые примеси
и в коксе — зола, для их удаления в доменную шихту вводят флюсы — карбонаты
кальция и магния. В процессе плавки, вступая в химическое взаимодействие с
примесями, они образуют шлак, представляющий собой силикатный и алюмосиликатный
расплав. Плотность доменных шлаков в два с лишним раза меньше, чем чугуна,
поэтому шлаки в горне домны располагаются над слоем расплавленного чугуна и их
периодически удаляют через отдельную шлаковую летку. Небольшая часть шлака,
захватываемая расплавленным чугуном, также периодически выпускается, но уже
через чугунную летку. На 1 т выплавляемого чугуна приходится примерно 0,6—1 т
шлака. Основные оксидные составляющие шлака те же, что и у портландцементного
клинкера, по соотношения между ними другие. Шлаки в зависимости от агрегата, в
котором происходит переплавка того или иного чугуна на сталь, называются
шлаками бессемеровского или мартеновского чугуна; шлаки специальных чугунов
разделяются на фер-рохромовые, ферромаргапцевые и др. Чугуны разделяются на
литейные, передельные и специальные. Каждому виду чугуна соответствует шлак
определенного состава; при высоком содержании серы в коксе повышают содержание
извести в шлаке; для ускорения процесса плавки в состав шихты вводят
марганцевую руду, доломит и др., что влияет на химический состав шлака. Обычно
шлак выпускается из домны с температурой 1673—1773 К, при которой он становится
жидкотекучим и минимально вязким. Возможность использования шлака для цемента
зависит от характера его переработки по выходе из домны. При медленном
охлаждении на воздухе в шлаковых отвалах он превращается в плотный камень,
причем в зависимости от состава он может постепенно рассыпаться в порошок
вследствие так называемого силикатного распада в результате перехода |3-C2S в
Y-QS. Распад может вызываться и гидратацией CaS, FeS и MnS (известковый,
железный и марганцевый). Нерассыпающиеся медленно охлажденные шлаки дробят и в
кусках применяют в дорожном и других видах строительства; для проверки
стойкости шлаков во времени используют специальные методы контроля.
Зола-унос
Зола-уноса
(далее — зола) представляет собой тонкодисперсный материал, состоящий, как
правило, из частичек размером от долей микрона до 0,14 мм. Зола образуются в
результате сжигания твердого топлива на ТЭС, и улавливается электрофильтрами,
после чего в сухом состоянии отбирается с помощью золоотборника на
производственные нужды, либо вместе с водой и шлаком отправляется на золоотвал.
Строение и
состав золы зависит от целого комплекса одновременно действующих факторов: вида
и морфологических особенностей сжигаемого топлива, тонкости помола в процессе
его подготовки, зольности топлива, химического состава минеральной части
топлива, температуры в зоне горения, времени пребывания частиц в этой зоне и
др. При значительном содержании карбонатов в минеральной части исходного
топлива под воздействием высоких температур в процессе горения образуются
силикаты, алюминаты и ферриты кальция – минералы, способные к гидратации. Такие
золы при затворении водой способны к схватыванию и самостоятельному твердению.
В них, как правило, содержатся окись кальция и окись магния в свободном
состоянии.
В
соответствии с ГОСТ 25818-91 все золы по виду сжигаемого угля подразделяют на:
-
антрацитовые, образующиеся при сжигании антрацита, полуантрацита и тощего
каменного угля (А);
-
каменноугольные, образующиеся при сжигании каменного, кроме тощего, угля (КУ);
-
буроугольные, образующиеся при сжигании бурого угля (Б).
В зависимости
от химического состава золы подразделяют на типы:
кислые (К) —
антрацитовые, каменноугольные и буроугольные, содержащие оксид кальция до 10 %;
основные (О)
— буроугольные, содержащие оксид кальция более 10 % по массе.
Золы в
зависимости от качественных показателей подразделяют на 4 вида:
I — для
железобетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов;
II — для
бетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов, строительных
растворов;
III — для
изделий и конструкций из ячеистого бетона;
IV — для
бетонных и железобетонных изделий и конструкций, работающих в особо тяжелых
условиях (гидротехнические сооружения, дороги, аэродромы и др.).
Топливные
гранулированные шлаки
Гранулированные
шлаки представляют собой механическую смесь зерен размером 0,14-20 мм.
Химический состав шлаков, может изменяться в широком диапазоне - от сверхкислых
(М0<0,1) до основных (М0>1). Многие топливные шлаки
характеризуются значительным количеством (20 % и более) оксидов железа,
содержащихся преимущественно в закисной форме. Содержание стекловидной фазы
составляет 85-98%, у основных шлаков оно может быть значительно ниже. В
кристаллической фазе возможно наличие муллита, геленита, псевдоволластонита,
двухкальциевого силиката и других минералов.
Химический
состав гранулированных шлаков, полученных из одного и того же топлива, но с
применением различных способов удаления, несколько различается. В топках
топливо сжигают в условиях избытка воздуха, т. е. в слабо окислительной среде,
в результате чего в кусковых шлаках образуются соединения трехвалентного
железа. При жидком шлакоудалении ион Fе3+ восстанавливается до Fе2+
вследствие непосредственного взаимодействия Fе2O3 с
углеродом.
Содержание
кислых стеклообразующих оксидов (SiO2 + Аl2O3)
в гранулированных шлаках находится обычно в пределах 70-85%. Только шлаки из
угля Канско-Ачинского бассейна являются слабокислыми (М0 = 0,6-0,9),
а шлаки из сланцев - основными (М0>1).
Гранулированные
шлаки устойчивы к силикатному и железистому распаду, не вступают в реакцию с
оксидами щелочных металлов в цементе, несмотря на наличие в них значительного
количества аморфного SiO2.
Растворимый
кремнезем предопределяет пуццолановый характер взаимодействия шлаковых зерен с
цементным камнем. Реакционная способность повышается с увеличением количества
СаО в стеклофазе и снижается при увеличении количества Fе2O3.
Непосредственное
влияние на гидравлическую активность шлаков имеет их фазовый состав. Структура
зерен шлака зависит от условий охлаждения. Так, шлаковые зерна, полученные при
непосредственном попадании расплава в воду, т. е. при отсутствии условий
кристаллизации, состоят из однородного алюможелезистосиликатного стекла. В
воздушных условиях шлаковый расплав характеризуется более медленным режимом
охлаждения, что способствует образованию зародышей кристаллов, вследствие чего
структура шлака отличается закристаллизованностью.
Гранулированные
шлаки от сжигания углей с низкокальциевой минеральной частью относятся к
труднокристаллизующимся даже при относительно медленном охлаждении, содержат не
более 10-15 % кристаллических компонентов.
Физико-механические
характеристики шлака, его структура зависят от вида сжигаемого топлива и
способа его удаления. Среди общей массы шлака можно выделить плотные и пористые
зерна с различным количеством открытых и закрытых пор. Средняя плотность таких
зерен может колебаться от 2,6 до 1,5 г/см3, в редких случаях
встречаются зерна со средней плотностью до 1 г/см3. Истинная
плотность шлака в основном 2,3-2,7 г/см3, насыпная находится в пределах
1100-1700 кг/м3.
Меньшая
механическая прочность гранулированных шлаков по сравнению с отвальными
объясняет их улучшенную размалываемость. На тонкое измельчение гранулируемых
шлаков требуется в 1,3-1,5 раза меньше энергии, чем на измельчение отвальных шлаков.
Таблица 1
Содержание
добавки, кг/м3 при классе бетона
|
|
В10 150
|
В15 200
|
В20 250
|
В22,5 300
|
В25 50
|
>В30 400
|
Гранулированные,
доменные и электротермофосфорные шлаки
|
250-300
|
200-250
|
150-200
|
100-150
|
50-100
|
25-50
|
топливные
золы и
гранулированные
шлаки
|
150-250
|
75-225
|
50-150
|
25-100
|
0-50
|
-
|
Вулканические
горные породы
|
150-250
|
75-225
|
50-150
|
25-100
|
0-50
|
-
|
Примечание:
Данные таблица 1 приведены для смесей марок п1 и ж1
приготовленных на основе песков средней крупности Мкрп=2
Расчёт и подбор номинального состава бетона на первом этапе
принимают средний расход добавки Д1 из рекомендуемого диапазона в
зависимости от класса бетона и вида добавки.
Расход воды в составе с добавкой принимают с учётом
повышенной водопотребности минеральных смесей с минеральными добавками
В1= В0+ ∆В
В0 – расход воды бетонной смеси без добавки
∆В – увеличение бетонной смеси за счёт введения добавки
Таблица 2. Увеличение водопотребности бетонной смеси,
приведение различных минеральных добавок
добавки
|
Расход
добавки, кг/м3
|
Увеличение
водопотребности бетонной смеси при расходе цемента, кг/м3
|
<200
|
200-300
|
>300
|
доменные и
электротермофосфорные шлаки
|
<100
100-200
200-300
|
0
0-5
5-10
|
0-5
5-10
10-20
|
5-10
10-20
20-35
|
топливные
золы и
гранулированные
топливные шлаки
|
<100
100-200
200-300
|
0
0-10
5-20
|
0-5
5-20
15-40
|
5-15
10-30
–
|
Применяем средний расход добавки по
таблице 1
Д1= 225 кг/м3
Расход воды определяем по таблице 2
В1= В0+ ∆В
В0 – расход воды бетонной смеси без добавки
1.
∆В –
увеличение бетонной смеси за счёт введения добавки В1=195+25=220 л/м3
Рассчитывает расход цемента
Ц0, П0 – расход цемента и песка в
составе без добавки
Ц1, Д1 – расход цемента и добавки в
составе с добавкой
Расход крупного заполнителя в составе с добавкой принимают
такие же как и бездобавочных бетонов Щ1=Щ0 Щ1=1215
кг/м3
Расход мелкого заполнителя определяют
по формуле
2.
Определение
цементно-водное отношение
(Ц/В)1 = Ц1/В1=240/220=1,09
3.
Рассчитанные в
пунктах 2-6 начальный состав бетона с добавкой проверяют на опытном замесе для
уточнения и корректировки удобоукладываемости бетонной смеси.
Таким образом для опытного замеса используется следующий
состав(N2)
Ц1=240 кг/м3; В1=220 л/м3
; Д1= 225 кг/м3 ; Щ1= 1215 кг/м3;
П1=531 кг/м3
4.
Дополнительные
составы бетона с добавкой определяют назначая расходы добавки равные границам
диапазонов приведённых в таблице 1, рассчитывая и корректируя составы бетона
соответственно с пунктами 2-7.
Всего принимают не менее девяти составов бетона(три основных
и шесть дополнительных) различающихся значениями Ц/В на 0,3–0,5 расхода добавки
для каждого из которых определяют удобоукладываемость, плотность бетонной смеси
и фактически изготавливают контрольные образцы.
Применяем ещё два расхода добавки 200 кг и 250 кг аналогичным
путём рассчитываем начальные составы бетона(N1, N3) и
осуществляем их корректировку.
Фактические расходы материала на замес устанавливают по
формулам 1–5, а расход добавки определяют:
– суммарная масса всех материалов в замесе
5.
– расход минеральной добавки Из корректированных
составов бетона изготавливают образцы. По результатам испытаний бетонов, строят
базовые зависимости
Rб = f(Ц/В)
Rб = f(Ц)
6.
По которым
определяем требуемое значение Ц/В расхода и добавки обеспечивающие заданным
показателям бетона. На основании фактической плотности бетонной смеси расхода
цемента, воды, добавки и крупного заполнителя рассчитывают количество мелкого
заполнителя.
Состав
бетона
Номер состава
|
Расходы
компонентов, кг
|
Ц/В
|
Плотности,
кг/м3
|
Ц
|
В
|
Д
|
Щ
|
П
|
0
|
305
|
195
|
–
|
1215
|
675
|
1,56
|
2390
|
1
|
238,82
|
205
|
200
|
1215
|
528,54
|
1,16
|
2387,36
|
2
|
240
|
220
|
225
|
1215
|
531
|
1,09
|
2431
|
3
|
226,73
|
225
|
250
|
1215
|
501,78
|
1,01
|
2418,51
|
Применяем расход добавки N1
по таблице 1
Д1= 200 кг/м3 Расход воды определяем
по таблице 2
В1= В0+ ∆В
В0 – расход воды бетонной смеси без добавки
1.
∆В –
увеличение бетонной смеси за счёт введения добавки В1=195+10=205 л/м3
Рассчитывает расход цемента
Ц0, П0 – расход цемента и песка в
составе без добавки
Ц1, Д1 – расход цемента и добавки в
составе с добавкой
Расход крупного заполнителя в составе с добавкой принимают
такие же как и бездобавочных бетонов Щ1=Щ0 Щ1=1215
кг/м3 Расход мелкого заполнителя определяют по формуле
Определение цементно-водное отношение
(Ц/В)1 = Ц1/В1=238,82/205=1,16
Рассчитанные в пунктах 2-6 начальный состав бетона с добавкой
проверяют на опытном замесе для уточнения и корректировки удобоукладываемости
бетонной смеси.
Таким образом для опытного замеса используется следующий
состав(N1)
Ц1=238,82 кг/м3;
В1=205 л/м3 ; Д1= 200 кг/м3 ; Щ1=
1215 кг/м3; П1=528,54
Дополнительные составы бетона с добавкой определяют назначая
расходы добавки равные границам диапазонов приведённых в таблице 1, рассчитывая
и корректируя составы бетона соотвецтвенно с пунктами 2-7.
1.
Применяем ещё
один расхода добавки 150 кг аналогичным путём рассчитываем начальные составы
бетона(N3) и осуществляем их корректировку. Д1= 250 кг/м3
. Расход воды определяем по таблице 2
В1= В0+ ∆В
В0 – расход воды бетонной смеси без добавки
2.
∆В –
увеличение бетонной смеси за счёт введения добавки
Страницы: 1, 2
|