Металлургические шлаки 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:

• водостойкость;
• механическая стойкость;
• стоимость (цена шлакового щебня достаточно приемлемая, она примерно на 30% ниже, чем стоимость щебня традиционного вида);
• надежность;
• отличные физико-технические параметры.

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:

• коэффициент прочности на сжатие – М300-М1200;
• процент наличия примесей (пыли и глины) – не более 3%;
• коэффициент водопоглощения – от 1,5% до 4% от всей массы материала;
• коэффициент морозостойкости – от 15 до 300;
• класс радиоактивности – 1;
• прочность – от 2,5 МПа до 40 МПа;
• насыпная плотность материала – от 400 кг/м³ до 1600 кг/м³;
• пластичность – от 15% от 35%;
• вес на 1 м3 составляет 1000 кг.

Обзор видов

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

• Крупнофракционный. Размер частиц крупнофракционного материала 40-70, 70–120 мм. Щебень, частицы которого размером 40-70 мм, считается стандартным и используется в процессе приготовления бетонных смесей для установки массивных конструкций, в дорожном строительстве. А вот шлаковый щебень 70–120 мм относится к нестандартным. Его применяют в основном для декора в качестве отделки ограждающих конструкций, дна бассейна или водоема.

• Среднефракционный. Размер частиц материала средней фракции составляет от 20 мм до 40 мм. Такой материал подходит для изготовления бетона и железобетонных конструкций. Щебень средней фракции используют для замеса раствора, который применяют при строительстве автодорог, железных путей и фундамента зданий.

• Мелкофракционный. К данной фракции относится щебень, размер частиц которого от 5 мм до 20 мм. Это наиболее часто используемый материал. Его применяют в процессе изготовления бетона и бетонных конструкций, а также для заливки мостовых элементов и дорожного покрытия.

• Отсев. К данной фракции относится щебень, размер частиц которого не более 5 мм. Сфера применения такого вида щебенки – декорирование.

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.

• В процессе создания шлакобетонной смеси для выполнения ремонтно-строительных работ.
• Как один из основных элементов в производстве шлакоблока. Шлаковый щебень характеризуется низкой теплопроводностью, поэтому шлакоблок, изготовленный из него, чаще всего применяют для возведения домов в местностях с суровым климатом. Морозостойкость такого блока составляет не менее f75.
• Как материал для подсыпки и уплотнения в процессе реставрации старых и создании новых автодорог.
• На заводах по изготовлению асфальтобетона. Шлаковый щебень устойчив к механическим воздействиям, износостойкий, поэтому его так часто используют для изготовления смеси в процессе ямочного или капитального ремонта дорожных путей.
• На предприятиях, которые занимаются производством каменной ваты для изоляции помещений. Именно каменная вата, в составе которой есть шлаковый щебень, гарантирует максимально высокий коэффициент теплоизоляции и звукоизоляции в помещении.

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:

• Доменный шлак, получаемый путём выплавки чугуна из железных руд. Его свойства зависят от режимов плавки, применяемого для получения расплавов топлива и флюсов-присадок.
• Сталеплавильные. Их получают в мартеновском, конвертерном или электросталеплавильном производстве.
• Ферросплавные, Виды ферросплавных шлаков подразделяются на подвиды с преобладанием того элемента, который добавлялся в расплав стали для получения ферросплава, а это может быть кобальт, хром, марганец молибден, кремний и т. д.

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:

• Н – Новокузнецкий
• Ч – Чусовской,
• Чл – Челябинский,
• Ж – Ждановский,
• Нт – Новотульский,
• Л – Липецкий,
• Кр – Криворожский,
• Д – Днепродзержинский металлургические комбинаты.

Шлак	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	MnO	Fe2O3	SO3	Z	М осн	Макт
Н	36,5	12,65	39,85	4,0	следы	2,3	0,16	96,46	0,82	0,35
Ч	34,76	14,65	38,64	8,07	»	1,22	0,15	97,49	0,85	0,42
Чл	37,87	11,02	39,81	5,88	—	0,35	—	95,83	0,93	0,29
Ж	38,34	9,05	42,21	5,4	—	1,25	0,4	96,654	1,01	0,24
Нт	38,64	8,01	47,74	1,81	1,86	0,39	2,0	100,73	1,06	0,2
Л	37,5	8,61	48,31	1,99	1,48	0,39	2,1	100,38	1,08	0,22
Кр	35, 1	10,65	48,75	1,2	1,77	1,23	1,96	99,67	1,09	0,3
Д	38,53	6,08	46,62	4,96	1,0	0,82	1,83	99,86	1,16	0,16

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