6.8. Щебень из металлургического шлака

В настоящее время разработаны и применяются в строительстве разнообразные виды бетонов с применением как вяжущих, так и заполнителей на основе металлургических шлаков. Стоимость изделий из шлаковых бетонов на 20-30% меньше, чем традиционных.

В зависимости от вида шлаковых заполнителей изготавливают бетоны с различной средней плотностью:

1) особо тяжёлые (плотность свыше 2500 кг/м³ ) на некоторых шлаках сталеплавильного производства и цветной металлургии;

2) тяжёлые (1800-2500 кг/м³) на литом и отвальном шлаковом щебне, песке и гранулированном шлаке;

3) лёгкие (плотность меньше 1800 кг/м³) – на шлаковой пемзе (крупный заполнитель) и гранулированном шлаке (мелкий заполнитель).

Параллельно с крупнозернистым используют мелкозернистые шлаковые бетоны, где заполнителем является гранулированный шлак.

По назначению бетоны делятся на:

1) конструкционные или общего назначения;

27

2) конструкционно-теплоизоляционные, применяемые при возведении ограждающих конструкций;

3) гидротехнические;

4) дорожные;

5) теплоизоляционные;

6) кислотостойкие;

7) жаростойкие.

Тяжёлые бетоны. Применяя обычные или шлаковые вяжущие в сочетании со шлаковыми заполнителями, можно получить тяжёлые бетоны всех классов по прочности на сжатие. При этом для пропаренных бетонов достигается прочность 10-30МПа, а для бетонов автоклавного твердения – 30-60 МПа.

Морозостойкость бетонов на шлаковых вяжущих и крупном плотном заполнителе ниже, чем на гранитном.

Щебень из металлургического пористого шлака – это каменный материал с равномерной пористой структурой, напоминающий природную пемзу. Этот заполнитель получают при быстром охлаждении водой расплавленных шлаков (обычно доменных) с последующим дроблением их и рассевом.

Щебень из пористого металлургического шлака в зависимости от насыпной плотности делят на марки:

1) 400 – с насыпной плотностью менее 400 кг/м³;

2) 600 – с плотностью 401-600 кг/м³;

3) 800 – плотностью 800 кг/м³.

Предел прочности при сжатии во всех случаях составляет 2,5-15 МПа.

В качестве заполнителя лёгких бетонов часто используют также гранулированный доменный шлак, представляющий собой пористый материал, получаемый путём полусухой или мокрой грануляции шлака. Из печи шлак выходит в расплавленном состоянии. При этом температура расплава может превышать 1500°С.

На сегодняшний день существует 4 способа обработки расплавленного шлака:

1) охлаждение холодной водой (вспучивание шлака);

2) охлаждение воздухом;

3) дробление;

4) помол.

6.9. Шлаковая пемза

Шлаковую пемзу получают главным образом из доменных шлаков. При этом не используются отвальные шлаки, которые необходимо предварительно расплавить. Пемзу получают непосредственно из шлаковых расплавов, сливаемых из доменных печей в огненно-жидком состоянии. По себестоимости шлаковая пемза – это самый дешёвый искусственный пористый заполнитель. Естественно, что шлаковая пемза производится и применяется в районах развития металлургической промышленности.

Основы технологии. Имеется несколько способов производства шлаковой пемзы, но все они основаны на вспучивании шлакового расплава водой. При контакте шлакового расплава с водой происходит бурное вскипание с интенсивным образованием пара. Пузырьки пара, внедряясь в расплав, не могут выделиться свободно, поскольку при охлаждении вязкость расплава увеличивается. В результате он вздувается, вспучивается и застывает в виде поризованной массы ячеистой структуры. Основное значение при этом име.т химический состав шлаков и наличие в них растворённых газов, которые определяют газотворную способность, вязкость и поверхностное натяжение шлаковых расплавов.

Бассейновый способ производства шлаковой пемзы состоит в следующем. Шлаковый расплав выливается шлаковозными ковшами в опрокидной бассейн для вспучивания, представляющий собой металлическую ванну с перфорированным дном. Вместимость бассейна

28

позволяет принять сразу весь расплав из шлаковозного ковша (до 16,5 м³). Снизу через отверстия в бассейн подаётся вода. На её фонтанирующие струйки выливают шлаковый расплав. Он вспучивается и отвердевает, после чего выгружается, остывает в виде глыб, затем подвергается дроблению и рассеву на фракции. Производственный цикл включает:

1) слив из ковша и наполнение бассейна расплавом;

2) вспучивание (1,5-2 минуты);

3) охлаждение и кристаллизацию (без подачи воды);

4) разгрузку бассейна и его подготовку к следующему циклу.

Общий технологический цикл составляет 15-20 минут. Объём получаемой пемзы – до 25 м³. Режим поризации шлакового расплава можно регулировать при изменении его состава.

Брызгально-траншейный способ получения шлаковой пемзы наиболее прост. Шлаковый расплав при сливе в траншею орошается водой из перфорированных труб, вспучивается и застывает в ней, а после охлаждения разрабатывается экскаватором и подаётся на дробление и рассев. Этот способ не является перспективным для производства шлаковой пемзы из-за её невысокого качества и неоднородности по структуре.

Вододутьевой способ получения состоит в разбивке массы расплава на отдельные гранулы сильной струёй водовоздушной смеси с последующим интенсивным смешиванием ещё жидких гранул расплава с водовоздушной смесью и вспучиванием. Поризация расплава производится в струйных аппаратах. Гранулы, вспученные в камере смешения, выбрасываются на экран, с которого они попадают на приёмные устройства и агрегируются в глыбы. Полученная шлаковая пемза имеет однородную мелкопористую структуру с размером пор до 1 мм.

Гидроэкранный способ предусматривает последовательную обработку шлака на двух гидрожелобах. С первого жёлоба вспучивающийся шлаковый расплав струями воды бросается на вертикальный экран. Отразившись от него шлаковый материал попадает на второй жёлоб, где снова подхватывается струями воды и направляется на пластинчатый перегружатель для последующего охлаждения и дробления.

Шлаковый гравий получают на установке, в которой применён усовершенствованный вододутьевой аппарат (водовоздушный гранулятор). Диспергированные и вспученные частицы шлакового расплава соединяются на встречном экране в крупные куски. Полученную массу, ещё не потерявшую пластические свойства, обрабатывают в барабанном холодильнике. Во вращающемся барабане с продольными лопастями происходит дополнительное вспучивание, разделение крупных кусков на отдельные зёрна и их окатывание.

Шлаковая пемза М 750-900 может использоваться при получении высокопрочных бетонов для различных несущих конструкций. Однако необходимо иметь в виду возможность коррозии стальной арматуры в шлакопемзобетоне из-за содержания в шлаке серы. При производстве предварительно напряжённых конструкций, особенно с проволочной арматурой, стойкость арматуры в шлакопемзобетоне должная быть установлена специальными исследованиями.