Фазовый состав зол от сжигания углей КАТЭКа.

Золы от сжигания углей КАТЭКа в котлоагрегатах с жидким шлакоудал-м предст-т собой крайне неравновесный продукт.

С1. Низкоосновные золы в основной массе (более 70%) сложены стеклофазой с вкл-м алюмо-ферритов и кварцем. Содерж-е клинкерных С2S и алюминатов не более 5-8% каждого. Активная часть – 15-20%. Ср. содерж-е свобод- калиция сост 3,4-4%, SO3 – 1,2-1,5%. Коэф-т кач-ва близок к 1.

С2 – свобод. СаО увелич. до 5,8-6%, SO3 – 3,1-3,2%. КК 1,5-1,6, С2S 10-15%, алюминатов 8-10%. Актив.часть кремнезема стекла 25-30%.

С3 – алюмоферритная стекловидная фаза с большим включением кварца (50%), С2S 18-22%, алюминаты 10-15%, свобод. СаО 7%; SO3 4,2%; КК 2%. Актив.фаза 40%.

По активности золы классифицируются на активные, скрытоактивные, инертные.

1. Активные

Мо=0,5-2 СаОобщ. – 20-60%

СаОсвоб. До 30% Кк=1-3,6

2. Скрытоактивные

Мо=0,1-0,5 СаОобщ. – 5-20%

СаОсвоб. До 0-2% Кк=0,5-1,5

3. Инертные

Мо менее 0,1 СаОобщ. – 0,5-5%

СаОсвоб. До 0-1% Кк=0,4-0,9

К первой группе относятся золы, обладающие самостоятельными вяжущими свойствами, вторая и третья группы, главным образом, кислые золы, не обладающие самостоятельными вяжущими свойствами и требующие активаторов твердения.

Фазовый состав и гидравлическая активность зол

Свободная окись кальция.

В процессе сжигания окись кальция, образующаяся в результате термического разложения первичных кальцийсодержащих минералов и соединений, подвергается воздействию высоких температур. В пылегазовом потоке окись кальция частично вступает во взаимодействие с окислами и газами, давая вторичные кальцсодержащие соединения. Часть остается в свободном состоянии, но образуется малоактивная высокотемпературная ее форма. Кроме того, поверхность частиц свободной окиси кальция зачастую покрыта оплавленной оболочкой, что делает ее труднодоступной для контакта с водой. Процесс гидратации такой окиси кальция протекает медленно. Гидроокись кальция образуется в искусственном камне в те сроки, когда уже сформировалась стабильная кристаллизационная структура. Возникают значительные внутренние напряжения, вызывающие неравномерность изменения объема твердеющей системы, деформации и даже разрушение искусственного камня. При гидратации Березовской золы через сутки твердения образцы обладают значительной прочностью, к 7-м суткам твердения на образцах появляются трещины и прочность резко падает. К 28-м суткам наблюдается дальнейшие, но уже небольшие деформации образцов, механическая прочность остается без изменения. Трещины на образцах способствуют контакту продуктов гидратации, в том числе и Са(ОН)2 , с воздухом.

1. Назаровская зола, 6% СаО своб.

2. Ирша-бородинская зола, 5,3% СаО своб.

3. Березовская зола, 14% СаО своб.

Гидрат окиси кальция взаимодействует с углекислотой воздуха, образуя дисперсный вторичный карбонат кальция. Происходит разрушение кристаллов Са(ОН)2. Этот процесс также вызывает снижение механической прочности и атмосферостойкости. При твердении Назаровской и Иша-бородинской зол такие резко выраженные структурные изменения проявляются реже. Обычно к 7-м суткам твердения наблюдается некоторый спад прочности, а затем идет процесс упрочнения искусственного камня.

Отрицательное влияние медленно гидратирующейся свободной окиси кальция в золах может быть уменьшено следующими технологическими приемами:

• путем предварительной гидратации;

• помолом золы;

• введением добавок ускоряющих процесс гидратации СаО или вступающих с нею в реакции;

• гидротермальной обработкой изделий на зольных вяжущих материалов.[2,3,4,5]. Для буроугольных зол предварительная гидратация менее эффективна, так как температура сжигания бурых углей выше чем сланца. Стекловидная оболочка образуется на большинстве зерен СаО (своб.) она более прочная, и вода практически не может вступить в контакт с СаО.

Свободная окись магния.

Содержание МgО (общ.) в высококальцевых золах колеблется от 0 до 8-10%. В свободном состоянии содержание МgО достигает 2-4%. Присутствовать МgО (своб.) в золах может как в активной форме, достаточно легко взаимодействующей с водой, так и в виде периклаза, который взаимодействует с водой очень медленно. Присутствие в золах периклаза ухудшает их качество как вяжущего, т.к. поздняя и медленная гидратация его вызывает внутренние напряжения в затвердевшем зольном камне и может привести к возникновению трещин и искажению геометрической формы изделий.

Сульфат кальция.

Его содержание в высококальцевых золах в значительных пределах от 1-2, до 18-20%. В процессе гидратации сначала образуется гипс, который затем связывается в эттрингит, и только после связывания всего гипса начинают выкристаллизовываться гидроалюминаты кальция и твердые растворы, структура которых обладает высокой симметрией [6].

Отрицательное влияние избытка свободной окиси кальция при твердении зольных вяжущих проявляется быстро избыток же ангидрита на первых порах твердения может положительно сказываться на гидравлической активности. В начальном периоде твердения вяжущее, содержащее ангидрит в избытке, может иметь большую прочность, чем вяжущее, содержащее оптимальное количество. В более поздние сроки твердения излишек ангидрита вызывает снижение прочности. Изменение знака корреляционного коэффициента между гидравлической активностью и содержанием СаSО4 в образце связано с изменением состава новообразований, содержащих ангидрит [195].

Стекловидная фаза.

Стекловидная фаза, содержание в которой в высокальцевых золах колеблется в пределах от 15 до 60%, состоит в основном из стекла, алюмоферитов и ферритов кальция. Состав стекла непостоянен, о чем свидетельствует разнообразная окраска стекла и показатели преломления. Содержание окислов, в основном образующих стеклофазу колеблется в следующих пределах в %:

SiO2 – 21-28;

AL2O3 – 10-20;

Fe2O3 – 8-12.

Наблюдения за процессом гидратации стеклофазы [7, 8] показали следующее. Наиболее интенсивно с водой взаимодействуют капли стекла бурого и темного цвета. Вокруг капель стекла сланцевой золы вначале образуются кристаллические новообразования, близкие по составу к 3СаО *АL2О3 *3СаSO4 *31Н2О. Позднее возникают кристаллы высокоосновных гидроаллюминатов кальция. В золах бурых углей наибольшей гидравлической активностью обладают также темноокрашенные капли стекла. Неокрашенное стекло и стекло светлых цветов не обладают самостоятельными вяжущими свойствами, практически не взаимодействуют с водой. Окись кальция, щелочи, сульфат кальция оказывают на стекло активирующее действие. Чем больше Стеклофаза содержит AL2О3 и меньше СаО, тем больше связывается ангидрита и выше гидравлическая активность зол. Для гидравлической активности силикатного стекла необходимо присутствие СаО.

Нерастворимый остаток.

Содержание нерастворимой части в промышленных высококальцевых золах колеблется в широких приделах – от 5 до 50%. По данным химического анализа, нерастворимая часть различных зол отличается главным образом содержанием SiО2 и К2О. Как правило, больше всего SiО2 и меньше К2О содержат крупные фракции летучих зол. Нерастворимый остаток связывает тем больше СаО, чем больше в нем SiО2.

На основании опытных данных [9] можно считать, что нерастворимая часть высококальцевых зол не является инертной составляющей, а по своей гидравлической активности занимает промежуточное место между осадочными и вулканическими гидравлическими добавками. Строительные растворы, изготовленные из нерастворимой части золы с добавками извести и Вольского песка (1:1) имеют к 28 суткам предел прочности при сжатии 100-200 кг/см2 . Количество извести, необходимое для твердения и придания изделиям из нерастворимых остатков достаточной атмосферостойкости, составляет 15-25% от их веса.