Навигация:
Главная → Все категории → Дорожные одежды
Область применения шлаков
Область применения шлаков
Металлургические и фосфорные шлаки являются хорошим сырьем для производства строительных материалов. Распространение шлаков, хотя и неравномерное, по территории страны делает их применение еще более эффективным, так как снижается дальность возки материалов к объектам строительства. В наибольшей степени используют шлаки черной металлургии, особенно доменные. Более 50% доменных шлаков перерабатывают в гранулированный.
За рубежом используют сталеплавильные шлаки. В дорожном строительстве щебень из них целесообразнее использовать в асфальтобетонных покрытиях. Щебень сталеплавильных шлаков и асфальтобетон на нем имеют высокое сопротивление износу и обладают необходимыми фрикционными свойствами, обеспечивая покрытию требуемый коэффициент сцепления. Сталеплавильные шлаки с большим содержанием фосфора перерабатывают на удобрения. Ежегодный выход этих шлаков около 15 млн. т в год. Однако шлаки цветной металлургии являются ценным сырьем для получения целого комплекса металлов, которые в них остаются после извлечения основного продукта, что ограничивает их применение в строительстве. Они имеют некоторые отличия от шлаков черной металлургии. В шлаках цветной металлургии практически отсутствует окись марганца, значительно меньше окиси кальция и окиси магния. В то же время они содержат до 50% закиси железа, поэтому имеют высокую истинную плотность (2,8— 4,9 г/см3). По сравнению со шлаками черной металлургии шлаки цветной металлургии более тепло- и электропроводны. В дорожном строительстве из 1 млн. т используют около 0,7 млн. т в основном для устройства щебеночных оснований и приготовления асфальтобетонных смесей на основе щебня и песка из шлаков медно-никеле-вого производства. Шлаки фосфорного производства — менее распространенный материал по сравнению с металлургическими шлаками. При ежегодном выходе более 1,5 млн. м3 перерабатывают на строительные материалы около 0,6 млн. м3. Из этого количества для строительства автомобильных дорог используют не более 0,26 млн. м3.
Щебень и песок применяют в асфальто- и цементобетоне, в основаниях и дополнительных слоях дорожных одежд, в насыпях. Щебень получают дроблением и грохочением шлака, разработанного в отвалах по аналогии с переработкой естественных горных пород или путем медленного охлаждения слитого слоями жидкого шлака (лигой щебень). Средняя плотность литого щебня выше, чем щебня из отвалов. Выпускают щебень фракций 5 — 120 мм.
Гранулированный шлак находит широкое применение как сырье для производства гидравлических вяжущих, песок для бетонов и асфальтобетонов, в качестве теплоизоляционного материала. Гранулированные шлаки из активных доменных шлаков могут быть использованы как самостоятельное вяжущее при устройстве оснований и покрытий из грунтов и каменных материалов, обработанных вяжущими. Гранулированный шлак получают быстрым охлаждением жидких шлаков. Влажность его может достигать 10%, насыпная плотность зависит от химического состава и способа производства. В большинстве случаев она меньше 1200 кг/м3.
Только в бетонах применение шлакового щебня и песка несколько ограничено. Особенно это касается дорожных бетонов.
Однако опыт показывает, что на шлаках можно получать бетоны с пределом прочности при изгибе 5,2—6,4 МПа и с пределом прочности при сжатии 30—45 МПа. Для приготовления бетонов использовали шлаки медеплавильного производства с содержанием 13—39% закиси железа, 31—49% окиси кремния, 8—16% окиси кальция и 10—11% окиси алюминия. Щебень, предназначенный для применения в бетоне, имел среднюю плотность 2,90 г/см3, пористость около 3—8%, водопоглощение до 1% и износ в полочном барабане около 30%. Для приготовления цементобетона использовали шлаковый щебень с размером зерен 20—40 и 5—20 мм. Расход цемента марки 500 составлял 300— 330 кг. Водоцементное отношение 0,38—0,5.
Влияние гранулированного шлака на свойства бетона проверяли на смесях, содержание гранулированного шлака в которых менялось от 0 до 100% через каждые 20%. Для сравнения были приготовлены образцы на гранитном щебне. Результаты исследования показали, что предел прочности бетона при сжатии с повышением содержания гранулированного шлака от 0 до 20% возрастает на 21—29% и при дальнейшем его увеличении практически не изменяется. Прочность бетона на кварцевом песке и щебне из шлаков составляет 70% прочности бетона того же состава на гранитном щебне. Различие в прочности можно объяснить большим содержанием стекла в шлаке и незначительной шероховатостью поверхности щебня из него. Предел прочности при сжатии составлял 39,6—28 МПа.
Предел прочности при растяжении (изгибе) практически не зависит от состава бетона и равен 6,3—5,1 МПа. Максимальное значение относится к бетону на гранитном щебне и гранулированном песке, минимальное — к бетону на щебне из шлака и 40% гранулированного шлака. Для практического использования рекомендованы бетоны с 20—60% гранулированного шлака от общего количества песка.
После испытания на морозостойкость (100 циклов) прочность относительно возраста 28 сут снизилась только у смесей с содержанием гранулированного шлака 100 и 80%.
Таким образом, опыт применения отвальных шлаков медеплавильного производства в бетоне показывает возможность его применения.
Бетоны на литом никелевом шлаке имеют более высокие механические свойства, чем бетоны на гранито-гнейсе независимо от пластичности смеси и расхода цемента, который изменялся от 200 до 400 кг на 1 м3 бетона.
Предел прочности при сжатии в соответствии с расходом цемента изменялся для бетона в возрасте 28 сут (смесь с удобоуклады-ваемостью 60 с от 24,2 до 42,7 МПа). Никелевые гранулированные шлаки, как и гранулированные медеплавильного производства, являются полноценным компонентом бетонов. Бетоны на гранулированном шлаке обладают достаточной удобоукладываемо-стью. Иногда бетоны на гранулированных шлаках имеют более высокую прочность, чем бетоны с применением местного строительного песка. Вместе с тем отмечается, что часто бетоны на гранулированных шлаках вследствие их большой крупности и угловатости зерен обладают худшими пластическими свойствами, чем на речном песке. При этом и прочность на 15—25% ниже, что приводит к необходимости применять гранулированный шлак совместно с речным песком в соотношении 1:1.
Отходы цинкового производства для бетона непригодны, так как образцы в возрасте 28 сут легко разрушались руками. Объясняется это весьма медленным схватыванием цемента, на которое оказывает влияние присутствие цинка, точнее углекислого цинка, который значительно удлиняет сроки схватывания гидравлических вяжущих. При содержании углекислого цинка около 0,3% от массы цемента наблюдается ощутимое замедление твердения бетона. Все исследованные отходы цинкового производства обладают высокой реакционной способностью.
Пемзу получают вспучиванием шлаков при быстром последующем охлаждении. Насыпная плотность пемзы менее 1000 кг/м2. Пемза может быть в виде щебня или гравия. Гравиеподобная пемза в бетонах более экономична, чем дробленая. В дорожном строительстве пемза может быть использована в основаниях дорожных одежд при ее обработке вяжущими. Такие слои выполняют роль теплоизоляционных. Используют пемзу и для приготовления легких бетонов.
Литье — брусчатка, плиты для полов и тротуаров, бордюрные камни, трубы получают из шлакового расплава по специальной технологии. Прочность литья очень высокая: предел прочности при сжатии 200—400 МПа, предел прочности при изгибе 40—50 МПа. Для сравнения следует указать прочность при изгибе бетона для автомобильных дорог, которая не превышает 5 МПа. Из шлаков получают литые тюбинги для крепления горных выработок. Работоспособность их выше бетонных тюбингов, особенно в среде с агрессивными водами. Трубы из шлакового литья используют для транспортирования абразивных сыпучих материалов.
Литье из металлургических шлаков является разновидностью каменного материала. Изделия из каменного и шлакового литья находят широкое применение в химической, угольной, горнорудной, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности, а также в строительстве, на транспорте и в сельском хозяйстве. Литые изделия эффективно заменяют металл при работе в абразивных и агрессивных условиях, бетон и железобетон — в промышленном, гидротехническом, дорожном строительстве.
При выборе сырья для получения литых изделий с заданными свойствами необходимо учитывать не только вещественный состав сырья, но и условия кристаллизации. Сырье должно иметь невысокую температуру плавления, давать хорошо заполняющий формы расплав, пределы колебаний окислов не должны превышать 3% п0 массе. Для получения литых изделий пригодны шлаки с пониженным содержанием окиси кальция и серы. Окиси кальция должно быть менее 20%. В большинстве случаев ее количество ограничивают 10—12%.
Литые изделия из никелевых шлаков имеют предел прочности Прй изгибе 74 МПа, водопоглощение 0,13%.
Из медеплавильных шлаков были получены изделия с пределом прочности при сжатии более 100 МПа, пределом прочности при растяжении 5—10 МПа.
В ПНР из медеплавильных шлаков налажено производство брусчатки, щебня и других изделий. Брусчатка имеет предел прочности при сжатии около 150 МПа и используется для строительства дорог, улиц, промышленных площадок. Покрытия дорог из такой же брусчатки в ГДР, ФРГ и Голландии после многолетней эксплуатации находятся в хорошем состоянии.
Шлаки свинцово-цинкового производства являются также хорошим сырьем для производства литых изделий. При добавлении к шлакам, содержащим 45% кремнезема, 10% окиси алюминия, 9% окиси магния, 16% окиси кальция, 20% кварцевого песка получен шлакоситалл с прочностью при сжатии 490— 510 МПа и прочностью на изгиб 150 МПа. Сочетание высокой прочности, износостойкости и химической стойкости во всех агрессивных средах позволяет использовать эти материалы в различных отраслях народного хозяйства. Литые изделия из шлаков свинцового производства обладают следующими механическими свойствами: предел прочности при сжатии 170—230 МПа, микротвердость 6000—7000 МПа.
Минеральный порошок для приготовления асфальтобетонных смесей готовят по технологии, разработанной применительно к производству порошка из естественных горных пород. При этом следует обращать внимание на необходимость отделения металла.
Основным видом продукции является гранулированный шлак и щебень. Шлаковое вяжущее для производства бетонов, обработки каменных материалов и грунтов готовят из гранулированных и отвальных шлаков. Практически все шлаки пригодны для производства вяжущих веществ. Однако для получения максимального эффекта необходимо подбирать оптимальный состав вяжущего и оптимальные условия его твердения. Это можно сделать с помощью классификации шлаков как сырья для получения вяжущих. В классификации шлаки расположены по убыванию их активности: от шлаков, требующих малых добавок активизаторов твердения и невысоких температур (20—100 °С), к малоактивным, требующим повышенных дозировок активизаторов твердения и обработки при высоких давлении и температуре (150—200 °С).
Очень часто в качестве активизаторов выступает цемент, известь. Для ускорения схватывания добавляют гипс. Наиболее широко используют для приготовления гидравлических вяжущих шлаки черной металлургии. Шлаки цветной металлургии можно использовать для приготовления вяжущего автоклавкого твердения. Молотый шлак 70—80%, известь или цементный клинкер 15—25%, гипс 5% дают вяжущее, на основе которого получают бетон марок 100—400. Из шлаков можно получить известково-шлаковый цемент активностью до 15,0 МПа.
Контроль качества облегченных покрытий
Навигация:
Главная → Все категории → Дорожные одежды
Металлургические шлаки
Силикатные материалы, получаемые при выплавке из руд металлов, называются металлическими шлаками. Они обладают разными свойствами, в зависимости от процесса их получения, химического состава руды и других факторов. Эти искусственные силикаты состоят из оксидов железа, алюминия, кремния, магния, кальция, серы, марганца и др. В зависимости от процентного соотношения этих окислов, скорости и условий остывания шлаков, они могут получать свойства вулканической пемзы или твёрдого гранита, а также рассыпаться в порошок. Их цвета бывают подобными горным породам: белые, жёлтые, чёрные, зелёные, серые, розовые, серебристые, сиреневые, перламутровые и др. Они могут быть разной плотности, пористости, тяжёлыми или лёгкими. Их удельный вес близок к природным камням. По химическому составу бывают основные, кислые, нейтральные.
Шлаки чёрной металлургии
• Доменные – получают при выплавке чугуна. Представляют собой расплавы силикатные или алюмосиликатные. Из-за низкой плотности (в 2 раза меньше, чем у чугуна) они образуются сверху над расплавленным слоем чугуна и периодически удаляются через летку. Возможность его использования зависит от химического состава и способа выхода из домны. Он может при охлаждении получить свойства плотного камня или постепенно рассыпаться в порошок. Плотный материал используется в качестве щебня, стоимость которого значительно меньше натурального, а свойства не уступают. Для проверки пригодности доменных шлаков в производство щебня проводится специальный контроль его качества.
• Сталеплавильные – побочный продукт при любом способе получения стали в открытых агрегатах. Состоит из нелетучих различных оксидов с меньшей плотностью, чем сталь, которые собираются на поверхности расплава. Их источники: продукты, полученные при окислении примесей, содержащихся в чугуне и ломе, добавочные окислители и материалы, внесённые загрязнения (миксерный шлак, песок) и др. Содержат большее количество оксидов железа (20 %) и марганца (10 %).
• Ваграночные образуются при плавке чугуна в вагранке из продуктов окисления чугуна, золы кокса, остатков в виде пригара формовочной смеси, флюса. Основные составляющие ваграночного шлака – оксиды (80 – 90 %). При таком способе производства получаются в большинстве кислые шлаки с выделением минералов (рудных, мелилитов, пироксенов, анортитов), алюмокремнезернистого стекла.
• Ферросплавные – получают в процессе производства ферросплавов. Различаются по добавленным к железу химическим элементам: хрому, марганцу, кремнию и др.
Шлаки цветной металлургии
Для них характерны: высокое содержание оксидов железа, пониженный состав оксидов магния и кальция. Свойства шлаков цветной металлургии зависят от их химического состава. Отличаются от шлаков чёрной металлургии большим удельным весом, разнообразием, дополнительным содержанием ценных редких металлов. Если при выплавке чёрных металлов выход шлаков на 1 т металла составляет 0,1 – 0,7 т, то в цветной металлургии при получении 1 т металла – 100 – 200 т шлаков.
Способы переработки и применение
Самый распространённый способ переработки – грануляция. Происходит путём охлаждения массы водой, воздухом, паром.
• Мокрый способ. Обработка вытекающего из доменной печи раскалённого шлака сильной струёй воды, подаваемой через специальные насадки. Шлак дробится под напором воды и отправляется в бункер до окончательного охлаждения. Его продувают воздухом, в результате чего он остывает и обезвоживается.
• Полусухой способ. Вытекающий из домны шлак попадает на лопасти вращающегося барабана. Небольшое количество воды, подаваемой в желоб, резко охлаждает и делает шлак твёрдым. Затем он попадает в барабан, где дробится и окончательно остывает, отлетая в сторону.
Гранулируются в основном доменные шлаки, которые в большинстве используются в цементной промышленности. Также в этой отрасли распространено применение шлаков ферросплавов, сталеплавильных, цветной металлургии. Из них производят обладающий высокой химической стойкостью цемент, который можно применять даже в агрессивных средах. Получают путём совместного помола металлургического шлака, гипса и извести. Шлаки также используют в качестве активных добавок к портландцементному клинкеру или вместо глины. В зависимости от взятых пропорций, получают обычный цемент или с повышенной стойкостью.
Шлакощелочные цементы получают при совместном помоле гранулированных шлаков, каустической или кальцинированной соды, жидкого стекла. Такие гидравлические вяжущие водостойкие, термостойкие, с высокой прочностью, биостойкие, устойчивы к коррозии. Изготовленные с их добавлением бетоны выдерживают воздействие нефтепродуктов, слабых кислот, твердеют при низких температурах.
Широко используется в строительстве шлаковый щебень, который успешно заменяет натуральный. Получают его путём дробления отвальных шлаков или литья по специальной технологии. Перед применением он проверяется на устойчивость к распаду.
Материал прочный на истирание, выдерживает высокие и низкие сезонные температуры. Используется в качестве наполнителя для различных видов бетонов.
Для тяжёлых изделий из бетона крупным наполнителем служит отвальный или литой щебень, а для мелкого – гранулированный шлак. Для лёгких изделий предназначен щебень из шлаковой пемзы, которую получают путём вспучивания с применением минеральных газообразователей при быстром охлаждении шлаковой массы. Затем она дробится на фракционный щебень.
Этот материал нашёл широкое применение и в дорожном строительстве как надёжный и при этом дешёвый материал. Используется для подготовки оснований, а также в производстве шлаковых вяжущих для дорожных покрытий, приготовления асфальтобетона.
Способом шлакового литья получают плитки и камни для мощения тротуаров, изготовления бордюров, напольные покрытия для внутренних помещений, трубы, фасадные плиты и другие изделия. Они по многим качествам не уступают железобетонным и стальным аналогам. Их получают при разливе в формы расплавленных металлургических шлаков, поступаемых прямо из доменных печей. Такой производственный процесс очень экономичен – не требуются дополнительные ресурсы на расплавку сырья, его транспортировку и хранение. Технология изготовления проста, литьё таких изделий экономически выгоднее, чем изготовление искусственного камня, а механические свойства мало чем отличаются.
Из металлургических шлаков получаются превосходные материалы – шлакоситаллы. Они состоят из стекловидной аморфной массы и мельчайших стеклянных кристаллов. Бывают разных видов и цвета. Свойства зависят от исходного сырья и технологии изготовления. Процесс происходит в стекловаренной печи. Сырьём служат металлургические шлаки, песок и другие добавки. Шлакоситаллы отличаются высокой прочностью, близкой к чугуну и стали, но при этом они в 3 раза легче. Эти материалы легко обрабатываются и очень востребованы в строительстве. Они хорошо сверлятся, шлифуются, режутся. Широко используются для изготовления прочных изделий и в качестве отделочных материалов: труб, подшипников, оптических приборов, электроизоляторов, мелющих деталей механизмов, химического оборудования, облицовочных плит для фасадов и внутренних стен, напольных покрытий, подоконников, кровли, ограждений балконов и др.
Из металлургических шлаков изготавливают шлаковую вату, которая идёт на производство теплоизоляционных изделий. Из доменных шлаков получают около 80% минеральной ваты. Используются для этого также шлаки цветной металлургии, мартеновские, ваграночные. Выбирается сырьё с оптимальной вязкостью для получения минерального волокна методом вытягивания. В ванных печах или вагранках получают шлаковый расплав, который затем перерабатывается в волокно. Вату изготавливают 3-х типов: для плит повышенной жёсткости, для полусухого прессования изделий, для горячего прессования. На основе минваты получают различные изделия (плиты, цилиндры), где в качестве связующих применяют битумы, эмульсии, синтетические полимеры.
Щебень сталеплавильный является осколками дробленного сталеплавильного шлака (конвертерного или мартеновского плавления флюсующей породы – извести или известняка). Сталеплавильный шлак облегчает плавку металлов, способствует извлечению из металлов вредных примесей.
Согласно нормативным требованиям, сталеплавильный щебень относят к первому классу стройматериалов. Являясь абсолютно экологически чистым материалом, может без каких-либо ограничений использоваться во всех видах строительства.
Основными качественными характеристиками сталеплавильного щебня являются устойчивость структуры, прочность, пористость, морозостойкость, насыпная плотность, истираемость.
В нашем магазине можно приобрести сталеплавильный щебень в таких фракциях:
- 0/10 мм;
- 10/40 мм;
- 40/120 мм.
Области применения сталеплавильного щебня
Сталеплавильный щебень ни чуть не уступает по своим физическим и механическим характеристикам щебню из природных каменных пород. Сталеплавильный щебень используют для устройства основания дорожных покрытий, этот материал легко укладывается, цементируется, образуя прочный монолитный слой. Сталеплавильный щебень используют в возведении фундаментов, в производстве цементных и асфальтных бетонов.