Что такое зола-унос: состав, применение как сырья и польза

Зола-унос — это мелкая порошкообразная зола, улавливаемая из дымовых газов после сжигания угля на электростанциях, — один из самых широко используемых промышленных побочных продуктов в строительстве сегодня. Более половины бетона, заливаемого в США, содержит не менее 15% золы-уноса, и это одно из самых ценных видов сырья для производства кирпича и блоков: при правильном использовании она снижает стоимость материалов, улучшает удобоукладываемость и даёт более прочный и долговечный готовый блок, чем один цемент.

В этом руководстве рассказывается, из чего состоит зола-унос, какие марочные стандарты применяются для её классификации, как из неё делают кирпич, блоки и бетон, а также о преимуществах — и текущих ограничениях — её масштабного применения. Интересует именно кирпич из золы-уноса? Смотрите наше полное руководство по кирпичу из золы-уноса. Готовы вложиться в оборудование для производства? Смотрите наши станки для производства кирпича из золы-уноса.

Что такое летучая зола?

Зола-унос — побочный продукт сжигания пылевидного угля для выработки электроэнергии. При сгорании угля мелкие стекловидные, преимущественно сферические частицы уносятся с дымовыми газами и улавливаются — этот уловленный материал и есть зола-унос. Она состоит в основном из диоксида кремния (SiO2), оксида алюминия (Al2O3), оксида железа (Fe2O3) и оксида кальция (CaO), а поскольку она является пуццоланом — материалом, который реагирует с известью и водой, образуя вяжущие соединения, — при правильном смешивании она ведёт себя аналогично портландцементу.

Зола-унос класса F и класса C

Зола-унос делится на два класса по содержанию оксида кальция:

• Летучая зола класса F — менее 10% оксида кальция, получается из битуминозного угля или антрацита. Низкое содержание извести делает её хорошо подходящей для бетона, который будет подвергаться воздействию сульфатов.
• Зола-унос класса C — более 20% оксида кальция, получается из лигнита или суббитуминозного угля. Более высокое содержание кальция делает её более распространённым выбором для общестроительного бетона.

Национальные марочные стандарты для золы-уноса

Зола-унос, используемая как строительное сырьё, также классифицируется по уровню национального стандарта:

• Уровень 1 — высококачественная зола-унос в сочетании с высокоэффективными водоредуцирующими добавками, применяется в современном производстве бетона высоких марок.
• Уровень 2 — подходит для бетононасосного бетона, массивного бетона, водонепроницаемых и сульфатостойких конструкций, а также бетона для подземных и подводных инженерных сооружений.
• Уровень 3 — универсальный зольный бетон с хорошей удобоукладываемостью, перекачиваемостью, ударной и морозостойкостью.

Зола-унос как сырьё для кирпича и блоков

Зола-унос — одно из самых экономичных видов сырья для производства кирпича и блоков. При правильном использовании она:

• Снижает расход цемента и мелкого заполнителя на замес, уменьшая затраты на сырьё
• Улучшает удобоукладываемость смеси в процессе производства
• Снижает теплоту гидратации и температурное расширение готового изделия
• Повышает долговременную водонепроницаемость и долговечность

В большинстве составов кирпича и блоков из золы-уноса она применяется как частичная замена цемента или глины, а не как единственный компонент — точные пропорции смотрите в способах производства ниже. Полный разбор именно зольного кирпича — виды, преимущества и себестоимость производства — читайте в нашем полном руководстве по кирпичу из золы-уноса.

Физические и химические характеристики золы-уноса

Поведение золы-уноса в любом применении определяют два набора свойств:

Химические свойства — SiO2, Al2O3 и Fe2O3 вместе обычно составляют более 70% золы-уноса I класса. Потери при прокаливании (ППП), отражающие содержание несгоревшего углерода, — ключевой показатель качества: чем ниже ППП, тем, как правило, лучше поведение в бетонных и кирпичных смесях.

Физические свойства — Частицы золы-уноса мелкие и преимущественно сферические, что улучшает текучесть и удобоукладываемость бетона и снижает водопотребность. Тонкость помола и гранулометрический состав влияют на то, насколько хорошо она связывается с цементом и водой, и напрямую определяют прочность и долговечность готового изделия.

В каких отраслях применяют золу-унос?

Строительство и цемент остаются сферами с наибольшим объёмом потребления, поскольку зола-унос напрямую повышает долговечность и снижает стоимость материалов. Применение в дорожном строительстве и при возведении насыпей растёт, так как уплотнённая зола-унос — более дешёвый и стабильный конструкционный заполнитель, чем многие природные аналоги. Сельское хозяйство и керамика/стекло — это меньшие, но расширяющиеся вторичные рынки для материала, который иначе отправился бы на свалку.

Как производят кирпич и блоки из золы-уноса

Производство кирпича и блоков из золы-уноса ведётся одним из четырёх основных методов в зависимости от оборудования и целевого продукта.

Обожжённый (спечённый) кирпич из золы-уноса

Золу-унос смешивают с глиной и другими промышленными отходами — обычно 25–45% золы-уноса при стандартном экструзионном оборудовании или до 70–80% при пресс-формующем оборудовании, рассчитанном на высокое содержание золы-уноса. Смесь дозируют, формуют (экструзией или прессованием), сушат, затем обжигают. Контроль влажности при формовании и регулируемая температура обжига критически важны для конечной прочности.

Пропаренный (автоклавный) кирпич из золы-уноса

Золу-унос смешивают с известью и водой (обычно в соотношении примерно 3:1 по золе-уносу и извести) и формуют под давлением. Затем кирпич выдерживают в автоклаве под давлением пара при 125–200°C, что ускоряет пуццолановую реакцию. В результате получается лёгкий кирпич, который со временем продолжает набирать прочность.

Силикатный кирпич из золы-уноса

В этой смеси используют золу-унос, песок, известь (в качестве связующего) и гипс (как улучшитель характеристик). Материалы смешивают, формуют под гидравлическим или ручным прессом, выдерживают при контролируемой температуре и влажности, сушат, затем проверяют качество. Процесс во многом повторяет стандартное производство цементного кирпича, где зола-унос заменяет основной компонент.

Газобетонные блоки из золы-уноса (AAC)

В газобетонных блоках используют золу-унос, цемент, известь, гипс и алюминиевую пудру — алюминиевая пудра реагирует с водой, образуя газовые пузырьки, которые вспенивают смесь. Материал дозируют и смешивают, отливают и предварительно выдерживают, нарезают по размеру, затем автоклавируют под паром высокого давления. В результате получается лёгкий блок с высокими теплоизоляционными свойствами.

Lontto поставляет автоматические и ручные вибропрессы для производства кирпича и блоков из золы-уноса. Смотрите наш ассортимент и цены на станки для кирпича из золы-уноса, или читайте нашу полное руководство по кирпичу из золы-уноса — как их производят, их преимущества и себестоимость производства.

Преимущества золы-уноса в бетоне

В бетонных смесях золу-унос обычно используют для замены 15–60% портландцемента в зависимости от класса золы-уноса и области применения. Чем больше золы-уноса используется, тем сильнее улучшаются эти свойства затвердевшего бетона:

Лучшая работоспособность

Мелкие сферические частицы золы-уноса снижают трение между цементирующими заполнителями, песком и гравием — получается более гладкая поверхность, которую легче перекачивать и укладывать.

Снижение потребности в воде

Поскольку зола-унос повышает плотность мелких заполнителей в смеси, для получения связной смеси требуется меньше воды. Замена 20% портландцемента золой-уносом обычно снижает потребность в воде примерно на 10%.

Снижение теплоты гидратации

Зола-унос снижает теплоту, выделяемую при химической реакции цемента, что сокращает время остывания, термические напряжения и риск для рабочих на площадке.

Более высокая долговременная долговечность

Бетон с золой-уносом изначально имеет немного меньшую прочность на сжатие, но со временем превосходит традиционный бетон на портландцементе — у бетона с высоким содержанием золы-уноса после 56 дней была зафиксирована прочность примерно на 80 МПа выше, чем у традиционных смесей, при лучшей долговременной долговечности и прочности на изгиб.

Зола-унос в цементе, растворе, дорогах и других применениях

• Производство цемента: Зола-унос может заменять до 30% портландцемента в самом процессе производства цемента, снижая выбросы CO2 и повышая долговременную прочность за счёт пуццолановой реакции.
• Раствор: В растворных смесях зола-унос заменяет часть цемента по массе — обычно 20–30% для улучшения удобоукладываемости и долговременной прочности, вплоть до 50% для большей долговечности за счёт ранней прочности.
• Дорожное строительство и обратная засыпка: Уплотнённая слоями зола-унос образует стабильную конструктивную засыпку для дорожных оснований, насыпей и обратной засыпки вокруг подземных коммуникаций в соответствии со стандартами AASHTO M 295 класса C/F.
• Производство керамзита: Зола-унос, смешанная с глиной или шламом, гранулированная и обожжённая при высокой температуре, даёт лёгкий заполнитель, используемый в строительстве.
• Другие применения: геополимерный бетон (без цемента), стабилизация грунта, конструкционные засыпки, стабилизация отходов и загрязнителей, шумозащитные экраны и подпорные стены на дорогах, а также компонент при производстве керамической плитки и стекла.

Экологические и экономические преимущества

Повторное использование золы-уноса вместо отправки её на полигон сокращает как объём отходов, так и выбросы CO2, связанные с производством портландцемента. Кроме того, она обычно дешевле материалов, которые заменяет, а её преимущества в долговечности означают более низкие долговременные затраты на обслуживание и ремонт. В сельском хозяйстве золу-унос всё чаще используют как почвенную добавку, улучшающую аэрацию и урожайность.

Проблемы использования золы-уноса

Несмотря на преимущества, значительная доля золы-уноса, производимой в мире, всё ещё не перерабатывается. Основные барьеры — нестабильное качество (состав зависит от источника угля и процесса сжигания), различающееся региональное регулирование (в некоторых юрисдикциях её относят к отходам, что усложняет применение), стоимость транспортировки от электростанций до конечных потребителей и недостаточная осведомлённость проектировщиков. Производители решают это за счёт более строгого контроля качества, методов обогащения, таких как электростатическая сепарация для удаления несгоревшего углерода, и смешивания золы-уноса с другими пуццолановыми материалами для более предсказуемых характеристик.

Часто задаваемые вопросы

Как получают золу-унос?

Зола-унос образуется на электростанциях при сжигании пылевидного угля для выработки электроэнергии. Мелкие частицы уносятся с дымовыми газами, улавливаются и собираются для повторного использования в строительных материалах.

Что происходит с бетоном при избытке золы-уноса?

Использование чрезмерной доли золы-уноса может увеличить время схватывания, усложнить контроль качества и создать проблемы с удобоукладываемостью из-за слишком низкой вязкости смеси.

В чём разница между кирпичом и блоками из золы-уноса?

Кирпич и блоки из золы-уноса используют один и тот же базовый материал, но различаются по размеру, плотности и способу производства — смотрите наш полное руководство по кирпичу из золы-уноса для конкретных типов, преимуществ и затрат на производство.

Вернуться к началу: Что такое зола-унос: состав, применение как сырья и польза