Зола уноса в составе цемента и бетона Збигнев Гергичны Силезский технический университет, г. Гливице, Польша Технологический центр Бетотех 24–25 апреля 2014, Москва

Тема презентации Зола уноса: определение Классификация зол уноса Зола уноса как компонент цемента Зола уноса как добавка для бетона Выводы Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Зола уноса Зола уноса – это минеральный остаток, образующийся в результате сжигания каменного или бурого угля в различного рода котельных агрегатах на теплоэлектростанциях, представляющий собой мелкозернистую пыль. ЗОЛА УНОСА Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Классификация зол уноса Зола уноса может быть классифицирована по следующим параметрам: Химический состав; Фазовый минералогический состав; Дисперсность (остаток на сите); Содержание несгоревших частиц углерода (потери при прокаливании). Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Классификация зол уноса ЗОЛА УНОСА Кремниевая Кремниево-глиноземистая Кальциевая (кремниевой-известковая) Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Зола уноса как компонент цемента Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Зола уноса согласно цементному стандарту ЕN Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС Зола уноса получается путем электростатического или механического выделения пылевидных частиц из отходящих газов котельных агрегатов сжигающих угольную пыль. Согласно EN 197-1, зола, получаемая другими методами, не может быть использована в цементе. Кремниевая зола уноса (V) это мелкая пыль, главным образом, с зернами сферической формы, обладающая пуццолановыми свойствами. Состоит в основном из активного диоксида кремния (SiO2) и оксида алюминия (Al2O3). Остальное – это оксид железа (Fe2O3) и другие соединения. Требования: Активный оксид кальция (СаО) максимум 10,0 % Активный диоксид кремния минимум 25,0 % Потери при прокаливании (несгоревший уголь): Кат. A 5,0 %, Кат. B 7,0 %, Кат. C 9,0 %.

Кремниевая зола уноса (V) Сферические зерна с высоким содержанием стекловидной фазы Высокая дисперсность (удельная поверхность от до м 2/кг) Пуццолановые свойства Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Очень мелкая пыль с гидравлическими и/или пуццолановыми свойствами; Состоит в основном из активного оксида кальция (СаО), активного диоксида кремния (SiO2) и оксида алюминия (Al2O3). Остальные соединения оксид железа (Fe2O3) и прочие соединения; Имеет больше фаз, чем кремниевая зола уноса. Кальциевая зола уноса (W) Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Зола уноса с высоким содержанием кальциевых соединений Пуццоланово-гидравлическая активность кальциевой золы уноса из обычных котельных агрегатов Температура [°C] Время гидратации (сутки) Удельная поверхность измельченной золы уноса, [м 2 /кг] Прочность на сжатие [МПа]: 3 дня 7 дней 28 дней 90 дней 5593,42,45,2 7449,39,911,513,8 A 1 – не измельченная зола A 2 – измельченная зола Время [дни] Прочность на сжатие [МПа] 70 % кремниевойй золы уноса (удельная поверхность 540 [м 2/кг]) 70 % кальциевой золы уноса (удельная поверхность 556 [м 2/кг]) Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Характеристики золы уноса Морфология зерен золы уноса кальциевая кремниевая Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Виды цемента, содержащие золу уноса в качестве основного компонента 1) Очень часто данный вид цемента включает золу уноса и доменный шлак, но также может включать пуццоланы, микрокремнезем, сожженный сланец и измельченный известняк. 2) Данный цемент обычно содержит смесь пуццолана и/или золы уноса. 3) Данный цемент содержит пуццоланы, доменный шлак и кремниевую золу уноса. Вид цемента Содержание минерального компонента, % массы Портландцемент с золой уноса CEM II/A-V CEM II/B-V CEM II/A-W CEM II/B-W Композиционный портландцемент 1) CEM II/A-M CEM II/B-M Пуццолановый цемент 2) CEM IV/A CEM IV/B Композиционный цемент 3) CEM V/A CEM V/B Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Свойства цементов, содержащих золу уноса Сроки схватывания Цемента II\B-V 32,5 R, зависящие от температуры окружающей среды Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Повышение прочности на сжатие Свойства цементов, содержащих золу уноса Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Увеличение прочности на сжатие цементов (стандартные растворы) Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Пуццолановая активность Скорость пуццолановой реакции зависит от: Химического и минералогического состава золы уноса; Температуры и времени реакции; Давления; Количества воды; Соотношения золы уноса к Ca(OH) 2 ; Удельной поверхности золы уноса; Присутствия химических примесей. Зола уноса (Активные оксиды SiO 2 и Al 2 O 3 ) Ca(OH) 2 гидратированные силикаты кальция гидратированные алюминаты кальция гидратированные сульфоалюминаты кальция H2OH2O Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Количество Ca(OH) 2 в цементном камне Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС [ Количество Ca(OH)2 ] [ Содержание золы уноса ] [ 7 дней | 28 дней | 90 дней | 365 дней ]

CEM I 32,5R CEM III/A 32,5N Проницаемость бетона CEM II/B-S 32,5R CEM II/B-V 32,5R Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Химический состав кальциевой золы уноса Образец Химический состав ППП (потери при прокаливании) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaOCaO св MgOSO 3 K2OK2ONa 2 O PL W1-02,5633,6219,275,3931,322,871,854,500,110,31 PL W4-02,6745,1720,794,5820,601,181,492,960,190,23 PL W5-03,5838,6327,926,6219,010,761,901,570,160,14 ST 20082,9142,9417,244,3125,891,402,043,470,260,13 P 342,0141,2716,544,5928,473,001,453,400,250,23 P 351,6334,3815,854,7433,552,531,615,840,270,29 P 361,5928,7114,724,6536,351,201,729,680,280,45 P 133,8734,3513,143,7837,145,161,763,380,190,33 P 333,6056,9018,203,1714,110,950,941,600,140,11 P 86,1128,709,764,0043,425,011,743,030,130,22 Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Фазовый состав кальциевой золы уноса Минеральный компонент Аморфная фаза %] PL W1-0'PL W5-0'PL W4-0'ST 2008P34P35P36P13P33P8 Аморфная фаза 30,664,448,658,720,026,552,43,142,039,1 Кварц SiO 2 11,66,316,810,324,311,34,211,131,95,0 Муллит Al 6 Si 2 O 13 2,35,64,42,43,82,21,42,36,52,2 CaO свободный 5,01,21,61,44,56,33,37,20,96,4 Ангидрит CaSO 4 5,51,83,94,55,08,910,44,01,43,1 Ларнит 2CaO · SiO 2 12,81,94,04,214,416,411,617,84,221,2 Геленит Ca 2 Al 2 SiO 7 10,56,85,65,29,49,35,17,83,76,1 Анортит CaAl 2 Si 2 O 8 8,95,911,18,48,06,12,06,06,43,4 Ca 3 Al 2 O 6 6,41,62,42,26,06,94,88,11,59,3 Гематит α-Fe 2 O 3 1,71,2 0,60,91,41,20,80,50,6 Браунмиллерит Ca 2 (Al,Fe) 2 O 5 1,32,0 0,13,13,72,23,20,63,0 Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Пуццолановая активность минеральных добавок + измельчённые компоненты Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Прочность сжатия композитного портландцемента * цементы промышленного производства Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Схема производства CEM II/B-M (V-W) 32,5R Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС [ кремниевая зола уноса ] [ разделитель ] [ силос для цемента ] [ мельница ] [ кальциевая зола уноса ] [ клинкер ] [ гипс ]

Прочность сжатия CEM II/B-M(V-W) 32,5R Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Результаты проведённого исследования Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС [ Расширение (%) ] [ Время пребывания в 1N растворе NaOH (сутки) ]

КРЕМНИЕВАЯ ЗОЛА УНОСА КАК КОМПОНЕНТ БЕТОНА

Химический состав золы уноса в соответствии с EN Компонент Разрешённое содержание Зола уноса, полученная только при сжигании угля Зола уноса, полученная от совместного сжигания Потери при прокаливании Категория A Категория B Категория C 5,0 % 7,0 % 9,0 % Хлориды 0,10 % SO 3 3,0 % CaO свободный 1,5 % 1) CaO активный 10,0 % SiO 2 активный Определение содержания не является обязательным Предполагается, что требование было выполнено 25,0 % Суммарное содержание оксидов: SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 70,0 % Содержание MgO 4,0 % Cуммарное содержание щелочей выраженное в Na 2 O eq 5,0 % Содержание растворимых фосфатных соединений, выраженное в P 2 O мг/кг 1) Зола уноса, в которой содержание свободного CaO больше 1,5% массы, может применяться при условии, что она выдерживает испытание на равномерность изменения объёма в кольцах Ле Шателье при 10 мм Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Физические свойства золы уноса согласно EN Свойства Требования Дисперсность, остаток на сите 0,045 мм в соответствии PN-EN Категория N Категория S 40 % 12 % Индекс пуццолановой активности: После 28 дней После 90 дней 75 % 85 % Прочность (испытание необходимо при содержании CaO своб менее 1,5 % ) макс. 10 мм Постоянная плотность Максимальная разница: 200 кг/м 3 относительно декларируемого производителем значения Время схватывания смеси, содержащей 25% золы уноса и 75% портландцемента CEM I Не дольше 120 минут относительно времени схватывания используемого портландцемента CEM I Водопотребность (касается золы категории S) 95% водопотребности портландцемента CEM I, используемого для исследований Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Свойство ASTM C618CAN/CSA –A Класс FКласс CКласс FКласс CI Класс CH Общее содержание CaO 10% 8%8 – 20% 20% Потери при прокаливании, макс., %6*126 Тонкость помола (остаток на сите 45 нм), макс., % 34 Водопотребность, макс., %105% – Содержание SO 3, макс., %5 Суммарное содержание оксидов (SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 ) > 70%> 50%-- - Индекс активности после 7 и 28 дней 75%**68%** Прочность автоклавов, %0,8 * разрешено до 12% при условии подтверждения пригодности. ** не может сравниваться из-за различных составов растворов. Тонкость помола и плотность золы уноса может отличаться до 5% от заявленного значения. Требования к качеству золы уноса в стандартах ASTM CAN-CSA Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Зола уноса Зола уноса Потери при прокаливании – 1,79 % - категория А Потери при прокаливании – 8,48 % - категория С Тонкость помола – 1,0 % - категория S Тонкость помола – 27,5 % - категория N Вид золы уноса под микроскопом Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Взаимосвязь водопотребности и дисперсности золы уноса с потерей при прокаливании (4,78% и 4,99%) Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Взаимосвязь водопотребности и потерь при прокаливании золы уноса с дисперсностью (30,6% и 29,8%) Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Зола уноса с различным содержанием потерь при прокаливании (недожог углерода) Тип золы уноса Осадка конуса [см] Количество суперпластификатора [% от массы цемента] Содержание воздуха [%] Зола уноса I (2,2% потерь при прокаливании) 180,871,7 Зола уноса II (17,9% потерь при прокаливании) 182,11,7 Зола уноса потери при прокаливании 2,2%Зола уноса потери при прокаливании 17,9% Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Воздействие размера частиц золы уноса на количество воды затворения при постоянной консистенции [согласно Lindon K.A. Sear] Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС [ количество воды (л/м 3 ] [ остаток на сите 0,045 мм (%) ] [ 0 % золы уноса ]

Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС [ содержание золы уноса % ] [ 90 суток ] [ Пористость ]

Бетон с добавлением золы уноса Снижение общей пористости Меньшая доля капиллярных пор Большая доля гелевых пор Микроструктура Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Коэффициент диффузии хлор-ионов в бетоне с золой уноса и шлаковыми цементами Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС [ Коэффициент диффузии ] [ суток ]

Морозостойкость бетона (F150); испытание после 28, 56 и 90 дней Цемент (30% золы уноса); 350 кг/м 3 ; w/c = 0.5 Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Изменение температуры внутри бетонного блока (объём 15 м 3 ) Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС [ Обычный бетон Бетон с 25% золы уноса Бетон с 30% золы уноса ] [ Температура ] [ Время (часы) ]

Выводы 1. Зола уноса, как побочный продукт сжигания угля, является интересной минеральной добавкой, которая должна широко применяться в промышленности, особенно в производстве цемента и бетона. 2. Для применения в производстве цемента и бетона она должна соответствовать следующим стандартам: – PN-EN «Цемент Часть 1: Состав, технические требования и критерии соответствия для обычных цементов» – PN-EN 450 «Зола уноса для бетона Часть 1: Классификация, технические требования и критерии соответствия» 3. Зола уноса, применяемая в вышеуказанных технологиях должна характеризоваться: однородностью, стабильностью физических характеристик, надлежащей активностью и сферической формой зёрен. Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС

Спасибо за внимание Збигнев Гергичны. V международная конференция ЗОЛОШЛАКИ ТЭС