В.Д. Галдина, М.С. Черногородова

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)», г. Омск

Изучены свойства активированных минеральных порошков из золы-уноса и асфальтовых вяжущих на их основе. Показано, что при использовании в качестве активирующих добавок гидратной извести и коксовой крошки повышается структурирующая способность минеральных порошков и улучшаются физико-механические свойства асфальтовяжущих и асфальтобетонов.

Ключевые слова: асфальтобетон, зола-уноса, минеральный порошок.

V.D. Galdina, M.S. Chernogorodova

Use of ashes-ablation as the mineral рowder

for asphalt conkrete

Properties of the activated mineral powders from ashes-ablation and asphalt knitting on their basis are studied. It is shown that at use as activating additives hydrateto exhaust and coke crumbs structuring ability of mineral powders raises and physicomechanical properties asphalt knitting and asphalt conkrete improve.

Keywords:asphalt conkrete, ashes-ablation, mineral powder.

Ежегодно при сжигании каменного угля на Омских ТЭС-2, 4, 5 образуется около 2,3 – 2,6 млн. т золошлаковых отходов. Отборы золы ведутся с применением электрофильтров и гидроудалением. Отвалы ТЭС занимают значительные территории, являются источником загрязнения воздушного и водного бассейнов и увеличивают минерализацию грунтовых вод. Таким образом, золошлаковые отходы необходимо утилизировать по экологическим соображениям. Однако уровень утилизации золошлаковых отходов в России составляет только около 10 %. За рубежом и в России накоплен достаточно большой опыт применения золошлаковых материалов в строительстве. Золошлаковые смеси и золы-уноса сухого улавливания используют в качестве сырья для получения цементов и бесклинкерных вяжущих, пористых заполнителей, керамических и теплоизоляционных материалов. В дорожном строительстве золы-уноса и золошлаковые смеси используются при строительстве земляного полотна, укрепленных оснований, в качестве заполнителя и минерального порошка в асфальтобетонах [1].

Минеральный порошок является важнейшим компонентом асфальтобетона, образуя совместно с битумом структурированную дисперсную систему, которая играет роль вяжущего материала в асфальтобетоне. Другое назначение минерального порошка – заполнение мелких пор между более крупными частицами щебня и песка. Присутствие необходимого количества минерального порошка способствует повышению плотности минерального остова и повышению плотности, прочности и водостойкости асфальтобетона. Недостаточное количество минерального порошка в асфальтобетоне связано с необходимостью увеличения количества битума для заполнения пор [2].

Цель работы заключалась в повышении структурирующей способности минерального порошка на основе золы-уноса ТЭС-4 путем модифицирования поверхности частиц золы-уноса активирующими добавками.

Химический состав золы-уноса ТЭС-4 в мас. %: SiO₂ 57,51; Al₂O₃ 19,38; Fe₂O₃ 11,27; CaO 1,57; MgO 1,15; К₂О 1,35; п.п.п. 7,32 показывает, что зола относится к кислому материалу. При объединении битума с золой-уноса на границе раздела фаз «зола – битум» протекают процессы физической адсорбции. Поэтому прочность сцепления битума с поверхностью минеральных зерен пониженная и асфальтобетоны характеризуются низкими показателями прочности, водо- и теплостойкости [3, 4].

Для создания условий хемосорбционного взаимодействия, улучшения свойств битума в адсорбционных слоях и предотвращения избирательной фильтрации компонентов битума в поры зерен золы были получены активированные минеральные порошки. В качестве активирующих добавок были взяты гидратная известь (известь-пушонка) и коксовая крошка (КК). Коксовая крошка – побочный продукт при производстве электродного кокса на ОАО «Газпромнефть. Омский НПЗ». Это зернистый материал черного цвета с размерами частиц от 15 до 0,071 мм и ниже. Годовой выход коксовой крошки составляет 30 тыс. т. Активирующую обработку проводили при совместном помоле сырьевых компонентов в лабораторной планетарной мельнице. При активации золы количество извести составило 2 – 3 мас. %, КК – 5 – 15 мас. %. Свойства минеральных порошков при оптимальном для каждого вида количестве активирующей добавки представлены в таблице.

Зола-уноса ТЭЦ-4 по степени дисперсности соответствует требованиям ГОСТ Р 52129 к минеральным порошкам, однако имеет высокую битумоемкость вследствие особенностей микроструктуры и микрорельефа поверхности. При измельчении золы с активаторами изменяется форма зерен золы, ликвидируются открытые и закрытые микро- и макропоры, а также микротрещины гидрофильных стекловидных частиц. При активации известью изменяется характер поверхности золы – из кислой она переходит в оснόвную. В результате помола золы с КК тонкодисперсные частицы углерода улучшают смачивание зерен золы битумом и прилипание битумной пленки.

Совместное измельчение золы с активирующими добавками позволило увеличить удельную поверхность, понизить пористость, показатели набухания и битумоемкости, повысить коэффициенты водостойкости образцов из смеси активированных минеральных порошков с битумом в результате изменения формы, характера поверхности и адсорбционных свойств зерен золы-уноса.

Асфальтовяжущие из активированных минеральных порошков на основе золы-уноса имеют меньшие оптимальные значения Б/МП*, значительно более высокие показатели прочности и плотности, чем асфальтовяжущее на неактивированной золе-уноса, что указывает на достаточно высокую структурирующую способность активированных минеральных порошков. Прочности асфальтовяжущих составляют 7,5 – 8,0 МПа, что на 67 – 77 % выше, чем прочность асфальтовяжущего на неактивированной золе (рис. 1).

Таблица 1

Свойства минеральных порошков

Электронномикроскопические снимки асфальтовяжущих (рис. 2) подтвердили, что активация золы при ее измельчении с гидратной известью и коксовой крошкой способствует изменению формы зерен золы и образованию более плотной структуры асфальтовяжущего. Активированные минеральные порошки имеют прочные адгезионные связи с битумом, повышая прочность, плотность и водостойкость асфальтовяжущих и асфальтобетонов.

Исследования показали, что горячие плотные асфальтобетоны с активированными минеральными порошками на основе золы-уноса характеризуются достаточно высокими показателями прочности и водо- и морозостойкости, соответствуют требованиям ГОСТ 9128-2013 к III марке асфальтобетонов типов В и Д.

а)

б)

Рис. 1. Зависимость прочности (а), средней плотности и пористости (- - -) (б)

от соотношения Б/МП в асфальтовяжущих, приготовленных на минеральных

порошках: 1 – зола-уноса неактивированная; 2 – зола-уноса, активированная

2 % гидратной извести; 3 – зола-уноса, активированная 10 % коксовой крошки

а)

б)

в)

Рис. 2. Микроструктура асфальтовяжущих (увеличение в 2000 раз), приготовленных на минеральных порошках: а) зола-уноса неактивированная;

б) зола-уноса, активированная 2 % гидратной извести;

в)зола-уноса, активированная 10 % коксовой крошки

Таким образом, совместное измельчение золы-уноса с активирующими добавками способствует снижению битумоемкости и повышению структурирующей способности минеральных порошков, а также улучшению физико-механических свойств асфальтобетонов. Применение золы-уноса в качестве минерального порошка в асфальтобетонах способствует утилизации многотоннажных отходов ТЭС.

Библиографический список

1. Путилин Е. И., Цветков В. С. Применение зол-уноса и золошлаковых смесей при строительстве автомобильных дорог / Е. И. Путилин, В. С. Цветков // Обзорная информация отечественного и зарубежного опыта применения отходов от сжигания твердого топлива на ТЭС. – М.: ФГУП «Союздорнии», 2003. – 22 с.

2. Гезенцвей Л. Б. Дорожный асфальтобетон / Л. Б. Гезенцвей [и др.]; под ред. Л. Б. Гезенцвея. – М.: Транспорт, 1985. – 350 с.

3. Ярмолинская Н. И. Дорожный асфальтобетон с применением минеральных порошков из техногенных отходов промышленности: учеб. пособие. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. ун-та, 2002. – 103 с.

4. Надыкто Г.И. Структура и свойства асфальтовых вяжущих на основе минеральных порошков различной природы / Г. И. Надыкто, В. Д. Галдина, В. С. Прокопец // Строительные материалы. – 2010. – № 5. – С. 32– 35.

Сведения об авторах

Галдина Вера Дмитриевна (Омск, Россия) – канд. техн. наук, доцент кафедры «Строительные материалы и специальные технологии» ФГБОУ ВПО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: galdin_ns@sibadi.org,

тел. 8-913-142-62-50, 8(3812)65-23-88)

Черногородова Мария Сергеевна (Омск, Россия) – аспирант кафедры «Подъемно-транспортные, тяговые машины и гидропривод» (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: www.mamarya@mail.ru, тел. 8(3812)65-17-90)

Galdina Vera Dmitrievna(Omsk, Russian Federation) - сandidate of technikal sciences, the associate. professor of Department «Construkcion materials and special technologies» of The Siberian automobile and highwau academy (SibADI) (644080, Omsk, Mira Avenue, 5, e-mail: galdin_ns@sibadi.org, tel. 8-913-142-62-50, 8(3812)65-23-88).

Chernogorodova Marija Sergeevna (Omsk, Russian Federation) – The post-graduate student of Department «Hoisting-and-transport, Traction Cars and Hydrulik Aktuator» of The Siberian automobile and highwau academy (SibADI) (644080, Omsk, Mira Avenue, 5, e-mail: www.mamarya@mail.ru, tel. 8(3812)65-17-90).

УДК 666.9

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: