Применение доменного шлака в дорожном строительстве

Все о шлаковом щебне

Среди всех материалов, которые широко и часто используются, как в строительном производстве, так и в быту, отдельного внимания заслуживает шлаковый щебень. Без него невозможно соорудить ни дом, ни дорогу.

Ответы на все интересующие вопросы о шлаковом щебне можно найти в этой статье. Здесь мы рассмотрим основные технические параметры материала, его разновидности и расскажем, где и как его можно применить.

Что это такое?

Шлаковый щебень – это один из основных строительных материалов, который часто используется в ходе возведения различных конструкций и сооружений. В этом и есть его уникальность. Он относится к вторичному производству, так как его получают путем переработки различных природных материалов на литейных заводах.

Когда в доменных печах перерабатывают металл, химикаты, твердое топливо, из них образуется шлак, который имеет достаточно пористую и твердую структуру.

Именно этот отход доменного производства, в дальнейшем измельчаемый механическим способом на различные виды фракций, и называется шлаковым щебнем, который так популярен сегодня. Он имеет целый ряд преимуществ, к которым относится:

Но у шлака есть и недостатки, о которых также должен знать каждый потребитель. Среди них следует отметить разную прочность материала в одной фракции. В нее могут входить отходы как с переработки металла, так и с топлива, а эти частицы отличаются коэффициентом прочности. Именно поэтому очень тяжело понять и предсказать, как будет вести себя материал, будучи элементом той или иной конструкции. Из-за этого строительный шлак не применяют в процессе строительства больших и высоких сооружений.

Основные характеристики

Как и любой другой строительный материал, щебень характеризуется определенными свойствами и физико-техническими характеристиками, которые контролируются нормативными документами ГОСТ 5578-94 и 3344-83.

Согласно им шлаковый щебень, который пригоден к дальнейшему применению, должен обладать следующими характеристиками:

Обзор видов

Шлаковый щебень, как и любой другой строительный материал, который получают в процессе дробления, классифицируется на фракции.

Наличие разных фракций, размеров шлакового щебня дает возможность использовать его в различных сферах строительства.

Сферы применения

Шлаковый щебень – это материал, который широко используется благодаря отличным техническим параметрам и свойствам как в черновой работе, так и в качестве декоративной отделки.

Его применяют в следующих случаях.

Можно делать вывод, что шлак, в сущности являющийся отходом производства, – это незаменимый материал, особенно для дорожного строительства. Абсолютно любая постройка – новая или реставрированная старая, в элементах конструкции которой есть шлаковый щебень, гарантированно будет функционировать на протяжении длительного времени.

Применение шлакового щебня в строительстве дает возможность снизить усадку, ползучесть раствора. Тем самым материал способствует повышению прочности, плотности, трещиностойкости и водонепроницаемости конструкций.

Источник

Что такое шлак: виды, характеристики, применение в строительстве

Шлак – это вторичное сырье, отходы металлургической промышленности или зола от сжигания ископаемых горючих: углей всех видов, горючего сланца, жидкого топлива. В металлургии – то, что остаётся после выплавки металла из руды. Из шлаков чёрной металлургии получают заполнители для шлакобетонов, шлаковую пемзу, минеральные ваты. Отходы цветной металлургии делятся на передельные и отвальные шлаки.

Гранулированный, или граншлак, получается путём быстрого охлаждения водой горячего шлака в доменном или конвертерном процессе. Имея отличные вяжущие свойства, используется для производства цемента как активная минеральная добавка к нему.

Шлак нельзя рассматривать как простой наполнитель для приготовления бетонных растворов. Он, кроме этой своей функции, несёт ещё одну, которая с течением времени становится всё более важной – экологическую. Если учесть, сколько вредных примесей, от кислот и щелочей до канцерогенных соединений, есть в его составе, связывание его цементными смесями решает задачу его безопасной утилизации.

А при выплавке металла защищающая его шлаковая составляющая предохраняет расплав от воздействия продуктов горения.

Применение шлака в строительстве

В строительстве в основном применяется в качестве наполнителей бетонных смесей. Шлак – отходы металлургического производства, как более безопасные по сравнению отходов сгорания угля. Ведь в ископаемом угле (буром, каменном чёрном и антраците) обязательно присутствуют радионуклиды. Их доля в исходном материале невысока, но при сгорании их концентрация резко увеличивается, и в буром и каменном угле доходит до неприемлемых в санитарном отношении величин. Так что ни в бетон стен, ни при возведении бетонированных подвалов, ни для заливки стяжек такой шлак не годится, радиоактивный фон в таких помещениях может оказаться превышающим ПДН.

Гранулированный шлак, идущий в производство цементов с исключительными вяжущими свойствами, позволяет получать очень прочные на разрыв и раскол плиты перекрытий в многоэтажном строительстве. А граншлак с более крупными фракциями идёт в бетон в качестве заполнителя для получения прочных и лёгких строительных блоков, отличающихся от обычного кирпича износоустойчивостью, небольшим удельным весом, хорошими влаго- и теплоизоляционными свойствами.

Мелкофракционный граншлак (в т. ч. и пылевой) используется как сырьё для получения шлаковаты, а также для изготовления тротуарной плитки, бордюров и брусчатки. Его крошка добавляется в бетонные смеси для их упрочнения, а также для заполнения пустот при строительстве зданий с насыпными стенами.

Присутствие в таких шлаках кальциевых силикатов позволяет применять тонкий помол для смеси с цементом, что даёт такой же эффект при создании конструкций, как и у портландцемента. Применение таких присадок позволяет:

• создавать тяжёлые и особо прочные бетоны классов прочности В15-В30.

• Производить сухие строительные смеси

• Изготавливать плиты перекрытий, ригелей, колонн, бетонных панелей, балок и других предварительно напряжённых строительных конструкций.

• Строить погреба, фундаменты любой степени сложности, которые делаются методом бетонной заливки, осуществлять отливку плит перекрытия и заливку в скользящую опалубку при возведении стен.

Доменный шлак, щебень из него

Являясь отходом доменного производства, такой щебень часто на порядок дешевле крошки из камня, которую нужно добыть, раздробить с помощью сложных и дорогих механизмов, доставить до места приготовления бетонных смесей.

Щебень из доменного шлака в своей кристаллической структуре представлен более чем 20 минералами, среди которых воластонит (однокальциевый силикат), двух кальциевый силикат, мелилит. Наличие кальциевых силикатов и делает продукты переработки этого шлака желанной присадкой для тяжёлых сверхпрочных бетонов.

Преимущества и недостатки

При этом плотность щебня, получаемого из доменного шлака по ГОСТ 3344, выше гранитного, но выше и поглощение воды. Правда, ниже и морозостойкость. Что ограничивает его применение как основного заполнителя в климатических зонах с суровыми погодными условиями.

Предел прочности на сжатие может варьироваться от 62 МПа у пористого до 140 МПа у медеплавильного. Для сравнения, у гранита этот предел составляет 120 МПа. Но! Самый дешёвый («дешевле только даром») пористый материал очень ограничен в применении, а вот его медеплавильный аналог при прочности больше гранитного, по стоимости почти догоняет его.

Благодаря своей способности поглощать воду доменный шлак находит широкое применение в дорожном строительстве, в котором такая его особенность, как способность быстро высыхать и уплотняться под воздействием содержащихся в нём связывающих веществ, а также способность легко поддаваться трамбовке делает его применение более предпочтительным, чем щебня из гранита.

При транспортировке гранитный щебень перетирается в мелкую пылевую фракцию, негодную к применению, её приходится вымывать или как-то отсеивать. Шлаковая же пыль служит дополнительным связывающим при использовании, повышая сцепляемость и вязкость конечного продукта.

Разновидности шлака

Металлургические

Подразделяются на шлаки цветной и чёрной металлургии. К шлакам чёрной металлургии относятся:

Шлаки цветной металлургии: к ним относятся отходы медеплавильного, никелевого, свинцового и цинкового производства.

Фосфорные

Получаются как отходы производства фосфорных удобрений. Используются в производстве пемзы или минеральной ваты. В качестве присадки к цементам добавляют, только если бетонные изделия из такого цемента проходят стадию высокотемпературного пропаривания.

Зольные

Представляют собой остаток от сжигания твёрдого угля и горючих сланцев. В жилищном строительстве практического применения не находят из-за высокого содержания в них радионуклидов, но могут применяться при производстве тротуарной плитки или если применяются как наполнители для асфальтовых смесей, где возможное образования пыли будет связываться смолистыми фракциями. Имеет значение ещё и метод охлаждения этих шлаков сразу после их образования: если охлаждение происходило водой, то есть быстро, образуется стекловидная структура, которая более стойкая, чем микрозернистая, получаемая при медленном, естественном остывании.

Характеристики доменного шлака

Могут отличаться у разных производителей, что связано с особенностями технологических циклов выплавки чёрных металлов.

Разными будут составы как кальцитов, так и силикатов, железа и алюминия в конечном продукте. Условные обозначения шлака, который отправляется как продукт для переработки в строительную индустрию, в зависимости от места производства, выглядят так:

Приведённый химический состав может зависеть от поступившей на плавку руды, кокса и марки выплавляемого чугуна. От этих же показателей будет зависеть удельный вес шлака на выходе. Вес также зависит от способа его охлаждения – стекловидный, получаемый охлаждением водой, будет тяжелее и прочнее.

Плотность шлака, в зависимости от состава:

Источник

Применение доменного шлака

В связи с увеличением объемов строительства, а также существенным повышением цены на цемент актуальным станвоится вопрос экономии данного материала.

Одним из эффективных вяжущим, который может заменить цемент является тонкомолотый гранулированный доменный шлак.

Шлак гранулированный доменный получают при обработке огненно-жидких металлургических шлаков водой, происходит резкое охлаждение шлакового расплава и его грануляция-дробление на отдельные мелкие зерна.

Применение доменного гранулированного шлака

Молотый доменный гранулированный шлак, применяется для изготовления растворов и бетонов, при производстве сухих строительных смесей, в гидротехническом, сельскохозяйственном, дорожном строительстве, а также при строительстве промышленных, общественных и жилых зданий, в изготовлении искусственного конгломерата.

Доменный шлак применяется для получения различных видов цемента.Для получения клинкерных цементов шлак используют как добавку, а в бесклинкерны цементах-шлак применяется как основной компонет.

Также этот материал можно применять как частичный заменитель портландцемента при производстве легких бетонов, ячеистых бетонов, и при изготовлении пенополистирольных блоков.

Преимущества доменного шлака

Использованиемолотого гранулированного шлака при изготовлении бетона сокращает расход клинкерного цемента при этом не уменьшает прочностные показатели.

Экономия портландцемента бывае высока от 20до 70%. Процент замещения зависит от, активности портландцемента, состава бетона, состава песка, условий уплотнений бетонной смеси, температуры и прочее.

Электропрогрев увеличивает прочностные характеристики доменных шлаков.

Молотый шлак способствует улучшению структуры бетона и улучшает поверхность изделия за счет того, что он является микрозаполнителем.

Если в бетоне заменить 20-50% портландцемента молотым шлаком, значительно повышается морозостойкость пропариваемого бетона

Свойства молотого шлака.

Высокая реакционная спосбность, высокая водонепроницаемость, высокая адгезия, никая деформативность, низкие усадочные деформации при твердении, сульфастойкость, морозостойкость, повышенная трещиностойкость, повышенная коррозиостойкость, устойчивость до агрессивной среды, плотная и высопрочная структура искусственного камня.

Применение доменного шлака и шлакощелочного цемента

Нужно отметить, чтошлакощелочной цемент широко используется во всем мире. Среди лидеров по производству вяжущего является Япония и Сингапур.

Шлакощелочной цемент имеет ряд преимуществ перед портландцементом: химически устойчив, большая сопротивляемость проникновению хлоридов, имеет повышенную прочность, низкая температура гидратации, удобоукладываемость.

В России и странах СНГ использование шлакощелочного цемента минимально, хотя он не является новым видом строительного материала.

По последним даннымВ Европе цемент используется:

Великобритания-2млн тонн в год

Континентальная Европа-17,7 млн тонн в год:

Развитие производства шлакощелочного цемента признано в Европе приоритетным из-за того, что при производстве не нужен обжиг, соответственно, нет выбросов CO2 и, как следствие – минимальный вред окружающей среде, что нельзя сказать о производстве портландцемента с вреднейшими ротационными или вертикальными печами

Бетон, приготовляемый с использованием добавки молотого доменного гранулированного шлака, стоек к воздействию различных агрессивных сред. В частности он был применен при сооружении двух резервуаров, предназначенных для хранения сжиженного природного газа. Диаметр резервуаров равен 90 м, высота – 35 м.

Общий объем товарного бетона, примененного при строительстве резервуаров, составил 13400 куб.м. Содержание в бетоне молотого доменного гранулированного шлака достигало 66%. Положительный опыт примнения шлакощелочного цемента указанных объектов позволил использовать его при строительстве еще 5 резервуаров для хранения сжиженного газа.

В Блекпуле завершился проект, предусматривающий укрепление берега пляжа и набережной. В этом случае используются сборные железобетонные изделия. Общий объем бетона, предназначенного для их изготовления, равен 23000 куб.м. Содержание в бетоне молотого доменного гранулированного шлака – 50%. Он отличается повышенной стойкостью к воздействию содержащихся в морской воде хлоридов.

В настоящее время на примере Великобритании ежегодно для замены портландцемента в бетоне используется более 2 млн. т молотого доменного гранулированного шлака. При этом выбросы в атмосферу диоксида углерода сокращаются почти на 2 млн. т, что эквивалентно общему объему выбросов 500000 автомобилей в год. Расход электроэнергии сокращается на 2000 ГВт/год. Ежегодная экономия природных сырьевых материалов для приготовления бетона составляет 2,5 млн. т. Потенциальное сокращение объемов захоронений равно 2 млн. т /год. По оценке Научно-исследовательской организацией по строительству (Building Research Establishment) использование шлака примерно в 10 раз благоприятнее для окружающей среды, чем портландцемента.

Источник