Зола-унос улучшает обрабатываемость бетона, его прокачиваемость, когезионность, чистоту, предельную прочность и долговечность, а также решает многие проблемы, возникающие с бетоном сегодня, – и все это при меньших затратах. Зола-унос, иногда называемая золой отхода, была популярным дополнительным цементирующим материалом (SCM) с середины 1900-х годов. Для большинства производителей бетона зола-унос является важным ингредиентом при проектировании бетонных смесей. В зависимости от области применения, типа золы-уноса, технических ограничений, географического положения и климата зола-унос может использоваться в количестве от 15-25% (наиболее распространенное) до 40-60% (когда не требуется быстрое схватывание), что примерно на столько же сокращает выбросы и помогает сохранить бетонные изделия по доступной цене.
Летучая зола образуется на электрических и парогенерирующих установках, работающих на угле. Как правило, уголь измельчается и вдувается воздухом в камеру сгорания котла, где он немедленно воспламеняется, выделяя тепло и образуя расплавленный минеральный остаток. Котельные трубы отводят тепло от котла, охлаждая дымовые газы и вызывая затвердевание расплавленного минерального остатка с образованием золы. Крупные частицы золы, называемые остаточной золой или шлаком, оседают на дно камеры сгорания, в то время как более легкие мелкие частицы золы, называемые летучей золой, остаются взвешенными в дымовых газах. Перед выпуском дымовых газов летучая зола удаляется устройствами контроля выбросов твердых частиц.
Польза золы-уноса в бетоне
Зола-унос — это пуццолановый материал. Это мелкодисперсный аморфный алюмосиликат с различным содержанием кальция, который при смешивании с портландцементом и водой вступает в реакцию с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации портландцемента, с образованием различных гидратов силиката кальция (C-S-H) и гидратов алюмината кальция. Некоторые виды золы-уноса с большим содержанием кальция также проявляют цементирующие свойства, вступая в реакцию с водой с образованием гидратов в отсутствие источника гидроксида кальция. Эти пуццолановые реакции полезны для бетона тем, что они увеличивают количество фазы вяжущего (C-S-H) и, в меньшей степени, гидратов алюмината кальция, повышая долговременную прочность и снижая проницаемость системы. Оба этих механизма повышают долговечность бетона. На эффективность летучей золы в бетоне сильно влияют ее физические, минералогические и химические свойства. Минералогический и химический состав в значительной степени зависит от состава угля, а также от широкого ассортимента отечественных и импортных углей.
Для целей проектирования смеси саму золу-унос следует рассматривать как портландцемент, за исключением того, что удельный вес золы-уноса отличается. Удельный вес портландцемента обычно составляет 3,15, в то время как удельный вес золы-уноса может варьироваться от 2,2 до 2,8, в зависимости от состава золы-уноса. Поэтому, если определенный процент цемента массово заменяется золой-уносом, просто умножьте исходное количество портландцемента на процент замены. Для некоторых видов золы-уноса, в частности золы-уноса с низким содержанием кальция класса F, требуются более высокие нормы замены (от 1,2: 1 до 2:1) для поддержания эквивалентной прочности бетона на ранних стадиях. Следующая модификация конструкции бетонной смеси связана с содержанием воды. Благодаря форме частиц золы-уноса, потребность в воде обычно снижается, до 5% меньше при использовании золы-уноса класса F и до 10% меньше при использовании золы-уноса класса C (это также может быть достигнуто за счет частично сниженной дозы химической добавки). Заключительный этап, как и при использовании традиционных смесей, включает регулировку содержания заполнителя для обеспечения надлежащего выхода. Просто суммируйте объемы заполнителя, вяжущих материалов, воды и воздуха, вычтите из 27,0 фут3, и это количество следует добавить (или вычесть) из объема заполнителя (обычно мелкий заполнитель используется для небольших изменений конструкции смеси).
Преимущества золы-уноса в бетоне
Наиболее важным преимуществом является снижение проницаемости для воды и агрессивных химических веществ. Правильно отвержденный бетон, изготовленный из летучей золы, создает более плотный продукт, поскольку уменьшается размер пор. Это повышает прочность и снижает проницаемость.
На сегодняшний день существует по крайней мере два способа повысить эффективность золы-уноса: сухой процесс, включающий трибоэлектрическое статическое разделение, и мокрый процесс, основанный на пенной флотации. Эти процедуры, как правило, снижают содержание углерода и LOI золы-уноса. Стоимость дополнительного бункера для хранения должна быть легко покрыта за счет снижения стоимости бетона и дополнительных преимуществ для бетона. Низкоуглеродистая зола-унос или использование лучшего воздухововлекающего агента с более высокой, чем обычно, нормой добавления могут решить проблему долговечности при замерзании-оттаивании.
Преимущества в свежем бетоне
Поскольку частицы золы-уноса имеют сферическую форму и имеют тот же диапазон размеров, что и портландцемент, можно добиться уменьшения количества воды, необходимого для перемешивания и укладки бетона. В сборном железобетоне это может быть выражено в лучшей обрабатываемости, в результате чего получаются острые и характерные углы и кромки с улучшенным внешним видом поверхности. Это также облегчает заполнение сложных форм и узоров. Зола-унос также полезна для сборного железобетона, снижая проницаемость, которая является основной причиной преждевременного разрушения. Использование золы-уноса может привести к улучшению обрабатываемости, прокачиваемости, когезионности, отделки, конечной прочности и долговечности. Мелкие частицы золы-уноса помогают уменьшить кровотечение и сегрегацию, а также улучшают прокачиваемость и чистовую отделку, особенно в бедных смесях.
Преимущества в затвердевшем бетоне
Прочность бетона зависит от многих факторов, наиболее важным из которых является соотношение воды к цементу. Зола-унос хорошего качества обычно улучшает обрабатываемость или, по крайней мере, обеспечивает такую же обрабатываемость при меньшем количестве воды. Уменьшение содержания воды приводит к повышению прочности. Поскольку некоторые виды золы-уноса содержат более крупные или менее реакционноспособные частицы, чем портландцемент, значительная гидратация может продолжаться в течение шести месяцев или дольше, что приводит к гораздо более высокой конечной прочности, чем у бетона без золы-уноса.
Различные виды золы-уноса
Категории золы-уноса
Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) C618 определяет два класса золы-уноса: зола-унос класса F и зола-унос класса C. Основное различие между этими классами заключается в количестве кальция, кремнезема, оксида алюминия и железа, содержащихся в золе. На химические свойства золы-уноса в значительной степени влияет химический состав сжигаемого угля (т.Е. антрацита, битуминозного и бурого угля). Не вся зола-унос соответствует требованиям ASTM C618, хотя в зависимости от области применения в этом может не быть необходимости. Зола-унос, используемая в качестве заменителя цемента, должна соответствовать строгим строительным стандартам, но в Соединенных Штатах не установлено стандартных экологических норм. Семьдесят пять процентов золы-уноса должны иметь тонкость 45 мкм или менее и содержание углерода, измеряемое по потерям при воспламенении (LOI), менее 4%. В США содержание золы-уноса должно составлять менее 6%.
Гранулометрический состав сырой золы-уноса имеет тенденцию к постоянным колебаниям из-за изменения производительности угольных мельниц и котлов. Это делает необходимым, чтобы, если зола-унос оптимальным образом использовалась для замены цемента в производстве бетона, ее необходимо перерабатывать с использованием методов обогащения, таких как механическая воздушная классификация. Но если зола-унос используется в качестве наполнителя для замены песка при производстве бетона, можно также использовать нерастворимую золу-унос с более высоким LOI. Особенно важен постоянный контроль качества. В основном это подтверждается печатями контроля качества, такими как знак Бюро индийских стандартов или знак DCL муниципалитета Дубая.
Класс “F” При сжигании более твердого, старого антрацита и битуминозного угля обычно образуется зола-унос класса F. Эта зола-унос пуццолановая по своей природе и содержит менее 7% извести (CaO). Обладая пуццолановыми свойствами, стекловидный кремнезем и оксид алюминия класса F для золы-уноса требуется цементирующий агент, такой как портландцемент, негашеная или гашеная известь, смешанный с водой для реакции и получения цементирующих составов. Альтернативно, добавление химического активатора, такого как силикат натрия (жидкое стекло), к золе класса F может привести к образованию геополимера.
Зола-унос класса “С”, образующаяся при сжигании более молодого бурого угля или полубитуминозного угля, помимо пуццолановых свойств, также обладает некоторыми свойствами самоцементации. В присутствии воды зола-унос класса С со временем затвердевает и становится прочнее. Зола-унос класса С обычно содержит более 20% извести (CaO). В отличие от класса F, самоцементирующаяся зола-унос класса C не требует активатора. Содержание щелочи и сульфатов (SO4), как правило, выше в золе-уносе класса C.
Основное различие между золой-уносом класса C и класса F заключается в химическом составе самой золы. В то время как зола-унос класса F содержит большое количество пуццолана, что означает, что она вступает в реакцию с избытком извести, образующейся при гидратации портландцемента, зола-унос класса С является пуццолановой и также может быть самоцементирующейся.