ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОЛЫ ОТ СЖИГАНИЯМАЗУТА В КОМПОЗИТНЫХ РАСТВОРАХ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Матвеева Т.В.¹, Зубрев Н.И.², Устинова М.В.³

¹Аспирант, ²кандидат технических наук, доцент, ³кандидат технических наук, Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОЛЫ ОТ СЖИГАНИЯМАЗУТА В КОМПОЗИТНЫХ РАСТВОРАХ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Аннотация

Рассмотрено влияние золы от мазута на структурообразование бентонито-цементных композитных растворов. На основе проведенных исследований установлена, возможность замены до 40% цемента золой без потери прочности.

Ключевые слова: композитные растворы, зола от сжигания мазута, замена цемента.

Matveeva T. V.¹, Zubrev N. I.², Ustinova M.V.³

¹Graduate, ²Candidate of Technical Sciences, associate Professor, ³Candidate of Technical Sciences, Moscow State University of Railway Engineering (MIIT)

THE USE OF ASH FROM BURNING FUEL OIL IN COMPOSITE SOLUTIONS FOR THE CONSTRUCTION

Abstract

The influence of ash from the incineration of fuel oil on the structure formation of bentonite-cement composite mortars. On the basis of the conducted researches, the possibility of replacing up to 40% of cement with fly ash without sacrificing strength.

Key words: composite solutions, ash from the incineration of fuel oil, replacement of cement.

В настоящее время для укрепления грунтов, трещин и разломов в железнодорожном строительстве, строительстве метро, а также ремонте действующих метрополитенов применяются различные композитные растворы, которые, как правило, состоят из цемента, бентонита и жидкого стекла. Основным составляющим в рецептуре композитных растворов является цемент, стоимость которого постоянно растет. Одним из направлений направленных, на сокращение его расхода и повышению физико-химических свойств относится введение различных минеральных добавок активизирующих процессы твердения цемента. Наиболее перспективным направлением является применение золы как составной части цементов, что вполне объяснимо с точки зрения равномерного распределения частиц золы в объеме цемента. Кроме этого предлагается при производстве бетонов и растворов часть портландцемента заменять золой. Доказана возможность замены части цемента золой от сжигания шпал и рекомендован этот состав для широкого практического применения [1].

При проведении исследований использовались зола от сжигания мазута, бентонит марки П2Т2А, цемент марки М500 и жидкое стекло марки «ТЕКС» ГОСТ 13078-81. Рентгенофлюоресцентным методом был определен химический состав золы от сжигания мазута, мг/кг: Cu – 590; Zn – 148; Pb – 131; Cr – 216; As – 11; Sr – 23; Ni – 6997; MgO – 2200; K₂O – 600; P₂O₅ – 600; Cl – 1123; Nb – 10; S – 143100; Y – 3; Fe₂O₃ – 512300; Th – <5; MnO – 5010; U – <5; V₂O₅ – 15400; Ba – 105; TiO₂ – 300; Zr – 30; CaO – 7100; Rb – 9; SiO₂ – 14900; AL₂O₃ – 4800; Na₂O – 1400; Co – 100.

По данным химического состава золы рассчитан класс опасности для окружающей среды и здоровья человека. Оказалось, что она относится к третьему классу опасности для здоровья человека и к четвертому для окружающей среды [2].

На основании рентгенограммы порошка золы от сжигания мазута, проведенного на рентгеновский дифрактометр X’Pert PRO MPD (PANalytical, Нидерланды) установлено, что в его состав входит: коэсит – 30%, графит – 3%, агидрид – 12%, плагиоглаз – 8%, сера – 3%, ярозит – 10% и кристобалит – 1%.

В композитных системах заменяли от 5 до 60% цемента золой от сжигания мазута. Водоцементное соотношение составляло 2:1.

В полученных растворах определяли изменение прочности в начальный период и при длительном хранении. Измерения в начальный период проводили на пластометре Ребиндера, полученные данные приведены в табл.1 и на рис 1.

Таблица 1 – Зависимость прочности композитной системы при различном содержании золы от времени

Рис. 1 – Изменение прочности композитных растворов в течение часа после приготовления в % к весу цемента: 1 – без добавок; 2 – 5; 3 – 10; 4 – 20; 5 – 30; 6 – 40; 7 – 50; 8 - 60

Из рисунка видно, что при замене цемента золой во всех случаях происходит замедление скорости структурообразования по сравнению с контрольным образцом. При длительном хранении измерения проводились на сервогидравлической системе Advantest 9. Прочность отвержденных образцов определяли на гидравлическом прессе Controls 50-C0050/CAL50 (Италия), полученные данные приведены в табл. 2 и на рис. 2.

Таблица 2 – Зависимость прочности композитной системы при различном содержании золы при длительном хранении

Рис. 2 – Изменение прочности композитных растворов в течение 28 суток после приготовления в % к весу цемента: 1 – без добавок; 2 – 10; 3 – 20; 4 – 30; 5 – 40; 6 – 50

Изменение в структурообразовании композитных растворов при различных добавках золы можно объяснить способностью серы находящейся в золе к реакции диспропорционирования, которая протекает в концентрированных растворах щелочей с образованием растворимых сульфидов и сульфитов. Кроме того, возможно образование гомоцепей в концентрированных растворах основного сульфида: Na₂S + (n-1) S = Na₂Sn в присутствии которых по видимому происходит ускорение структурообразования системы.

В композитных растворах структурообразование протекает при рН 10-12. В такой среде кристаллическая сера может частично растворяться. Для подтверждения такого предположения 15 г золы помещали в раствор гидроксида натрия с рН=12, перемешивали и через 30 минут отделяли фильтрат и определяли содержание сульфатов на  спектрофотометре UNICO 2800. Оказалось, что содержание сульфат-ионов в фильтрате соответствует 3176,6 мг/л. Это подтверждает возможность участия серы в ускорении структурообразования раствора.

Таким образом, на основе проведенных исследований установлено, что возможно заменить до 40% цемента золой без потери прочности композитных растворов.

Литература

1. Аксенов В.А., Зубрев Н.И., Устинова М.В. Расширение области использования золы от утилизации отработанных деревянных шпал / Научно технический журнал «Наука и техника транспорта» №3. – М.: МИИТ РОАТ, 2011. – с. 12-14
2. Критерии отнесения отходов к классу опасности, утвержденные приказом МПР России от 15 июня 2001 г. № 511
3. Санитарные правила по определению класса опасности токсичных отходов производства и потребления СП 2.1.7.1386-03 (зарегистрированы в Минюсте 19 июня 2003 года № 4755)
4. А.А.Ищенко, Ю.М.Киселев Рентгенофазовый анализ. Учебно-методическое пособие, М., МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2008 - 52 с.

References

1. Aksenov V.A., Zubrev N.I., Ustinova M.V. Rasshirenie oblasti ispol'zovanija zoly ot utilizacii otrabotannyh derevjannyh shpal / Nauchno tehnicheskij zhurnal «Nauka i tehnika transporta» №3. – M.: MIIT ROAT, 2011. – s. 12-14
2. Kriterii otnesenija othodov k klassu opasnosti, utverzhdennye prikazom MPR Rossii ot 15 ijunja 2001 g. № 511
3. Sanitarnye pravila po opredeleniju klassa opasnosti toksichnyh othodov proizvodstva i potreblenija SP 2.1.7.1386-03 (zaregistrirovany v Minjuste 19 ijunja 2003 goda № 4755)
4. A.A.Ishhenko, Ju.M.Kiselev Rentgenofazovyj analiz. Uchebno-metodicheskoe posobie, M., MITHT im. M.V. Lomonosova, 2008 - 52 s.