УДК 662.613.11.
В.М. УФИМЦЕВ, канд. техн. наук, доцент кафедры «Материаловедение в строительстве» ФГБОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург
П.В. ГЕТМАНОВ, инженер, лаборант по физико-механическим испытаниям ООО «Форэс», г. Екатеринбург
В статье приводится обоснование проектирования и освоения опытно-промышленного производства безобжигового зольного гравия, способного найти применение в строительстве. Отмечается, что подобного рода производства позволяют утилизировать золошлаки ГРЭС.
Безобжиговый зольный гравий (БЗГ) как альтернатива керамзиту был предложен В.И. Мичкаревой, старшим научным сотрудником Уральского научно-исследовательского института архитектуры и строительства (УралНИАС), г. Свердловск, в 50-е годы прошлого столетия. Автор разработки предложил использовать для получения БЗГ золоизвестковую смесь с добавкой гипса и модификатора, хлорида кальция. Тогда же на Среднеуральской ГРЭС (Свердловская область) из отвальной золы была получена опытная партия БЗГ, которую после термообработки в камере пропаривания использовали в качестве крупного заполнителя взамен щебня в составе наружных железобетонных панелей [1]. Сравнительная проверка состояния панелей на БЗГ и на гранитном щебне после 30-й летней эксплуатации не выявила особых отличий между традиционным камнем и техногенным аналогом.
Позднее сотрудники УралНИАС совместно с энергетиками организовали при Рефтинской ГРЭС получение БЗГ как «товара народного потребления», на основе которого производили сборные железобетонные элементы для коллективных и индивидуальных гаражей.
Важным преимуществом БЗГ является возможность замещения известью цемента, которую возможно разрабатывать в непосредственной близости от основного производства. При этом целесообразно применять энерго- и ресурсосберегающую «технологическую» известь и низкотемпературный обжиг гранул. В качестве топлива рекомендуется применять дешевый сернистый нефтекокс. Последний является финишным продуктом технологии, обеспечивающей максимальный выход моторного топлива.
Уместно добавить, что в сравнении с пожаро- и травмоопасной обычной известью, обожженной с повышенным расходом топлива, «технологическая» известь потребляет в 3-4 раз меньше энергии. Более того, образцы «технологической» извести сохраняют химическую активность в комнатных условиях более 15 лет [2].
Новые возможности в производстве БЗГ
На текущий момент установлено, что «холодное», т.е. без термообработки, получение БЗГ реально, но при этом необходимо, чтобы в сырьевой смеси присутствовало определенное количество известково-силикатной фазы. Так, при введении в состав ультракислой золы экибастузских углей от 10 до 50% молотого ковшевого шлака дуговых сталеплавильных печей (ДСП) можно получить быстротвердеющие и высокопрочные гранулы без применения термообработки. Однако выход такого шлака ограничен, а его свойства нестабильны.
Особый интерес представляют самодиспергирующиеся ковшевые шлаки ДСП с повышенным (10-12%) количеством глинозема. Гранулы, содержащие от 40 до 70% такого шлака, по скорости твердения и показателю конечной прочности близки к глиноземистому цементу.
Другим химически активным веществом, способным к ускоренному взаимодействию с известью, является зола Рефтинской ГРЭС, содержащая до 60% алюмосиликатного стекла. Весьма важно, что она удаляется в отвал по сухой технологии, сохраняющей активность и однородность золы на химическом и физическом уровне, гарантируя при этом получение дешевого и прочного продукта.
В УрФУ разработана технология производства БЗГ повышенной прочности, исключающая необходимость термообработки. Предложена технологическая схема, в которой базовым специфическим оборудованием являются тарельчатый гранулятор и барабанный галтователь, которые в сочетании со штатным оборудованием (дозаторами и смесителем) обеспечивают минимальную стоимость проекта как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам [3].
Установлено, что производство продукции современного уровня качества при умеренных затратах на производство реально достижимо с использованием извести активностью 85-90% в количестве, не превышающем 10% от массы сухой смеси.
Ниже приведены технико-экономические показатели производства БЗГ мощностью 300 тыс. м3 продукции в год, исходя из цены извести – 2000 руб/т и золы-уноса – 75 руб./т. В этом случае стоимость сырья, энергии и эксплуатационные затраты на 1 м3 БЗГ не превышают 250 руб.
Дополнительные показатели:
Штат работников – 30 человек. Стоимость оборудования – 8,1 млн руб. Затраты на строительство (80% от стоимости оборудования) – 7,2 млн руб. Общие затраты – 16,2 млн руб.
При отпускной цене 822 руб/м3 БЗГ и рентабельности 20% срок окупаемости проекта не превышает 5 лет.
Таблица. Технические характеристики БЗГ по ГОСТ 9747-90
| Технические свойства безобжигового зольного гравия | |
| Размер гранул, мм | 8-10 |
| Насыпная плотность, кг/м3 | 810 |
| Истинная плотность, кг/м3 | 1980 |
| Водопоглощение,% | 10,3 |
| Прочность на сжатие в цилиндре в 12 сут., МПа | 1,7 |
| Прочность на сжатие в цилиндре в 28 сут., МПа | 3,0 |
| Марка по прочности | П125 |
В соответствии с ГОСТ 9747-90, пористый заполнитель вышеуказанной марки прочности рекомендуется для преобладающих в современном строительстве бетонов марок М300-М400.
Испытания полученного БЗГ согласно требованиям стандарта подтвердили возможность получения бетонов заявленной прочности. Так, при расходе на 1 м3 бетона 315 кг цемента прочность образца соответствовала марке М300, а увеличение расхода цемента до 512 кг/м3 повысило прочность бетона до марки М500.
С учетом того, о чем говорилось выше, предлагается:
– создать на промышленной площадке при золоотвале Рефтинской ГРЭС опытно-промышленное производство безобжигового зольного гравия с целью:
– освоения описанной выше технологии;
– совершенствования нестандартного оборудования и оптимизации рецептуры состава БЗГ. В связи с чем привлечь к разработке и изготовлению оборудования, особенно нестандартного, смежные предприятия «НИИАсбест» и «Ураласбест», которые известны в Уральском регионе как изготовители разного рода нестандартного оборудования;
– одновременно с проектированием и освоением опытно-промышленного производства разработать типовой проект крупномасштабного производства БЗГ, порядка 0,5-1 млн м3 заполнителя в год, с проработкой логистики крупномасштабной отгрузки БЗГ в соседние с Уралом регионы;
– создать долгосрочную программу по полной утилизации всего выхода золошлаков Рефтинской ГРЭС посредством их переработки в строительную продукцию и в другие материалы.
Выводы:
1. На текущий момент имеется значительный ресурс повышения эффективности использования золошлаков теплоэнергетики в строительном комплексе РФ. К сожалению, высококачественная зола Рефтинской ГРЭС используется в строительном комплексе весьма ограниченно. Поэтому более 95% ее золошлаков подлежит консервации.
2. Расширение потребления золошлаков позволяет удешевлять их стоимость с учетом того факта, что Уральский регион и Свердловская область обладают, в частности, колоссальными запасами полуфабриката для производства золошлаков с высокими техническими свойствами, а также развитой логистикой.
3. Экспериментально установлена возможность производства высокопрочного облегченного заполнителя для бетона на основе золы-уноса Рефтинской ГРЭС с маркой по насыпной плотности D900 при минимальном, не более 10%, содержании извести.
4. Решение проблемы, поставленной в п. 2, возможно исключительно при включении ее в перечень государственных проблем и на соответствующем государственном уровне: Минстроя РФ, Минпромторга.
Библиографический список
1. Мичкарева В.И. Пористые безобжиговые заполнители для легкого бетона из пылевидных материалов // Строительные материалы, №11, 1964, с. 34-35.
2. Уфимцев В.М., Корюков В.Н., Бибинаева С.А. Получение гранулированной технологической извести из отсевов для технологических нужд // Цветные металлы, №3, 2008, с. 59-61.
3. Уфимцев В.М. Гетманов П.В. Золоизвестковый гравий повышенной плотности // Технологии бетонов, №3-4, 2015, с. 20-22.
4. Уфимцев В.М. Способ получения извести и установка для его получения. Патент РФ №2287496 от 27.04.05, опубл. 20.11.2006. Бюлл. 32.
5. Уфимцев В.М., Гетманов П.В. Способ получения безобжигового зольного гравия. Патент РФ №2593396 от 17.03.2015.
