5.3. Физико-механические испытания шлаков

Шлаки в виде щебня и песка, а также топливные золы и шлаки испытывают по методикам, предназначенным для испытаний каменных материалов из естественных горных пород. При этом определяют зерновой состав, содержание глинистых примесей, марки по прочности, по истираемости, марки по морозостойкости, среднюю и насыпную плотность, пористость, водопоглощение и др. В связи с особенностями шлаковых материалов необходимо остановиться на некоторых специальных испытаниях.

Определение содержания слабых зерен и примесей металла

Шлаковый щебень рассеивают на ситах на стандартные фракции, от каждой фракции берут навеску в соответствии с таблицей:

Размер фракций, мм	5-10	10-20	20-40	40-70	70
Масса навески, кг, не менее	0,5	1,0	5,0	15,0	35,0

Навески высушивают до постоянной массы, насыпают в один спой и разделяют каждую фракцию на зерна шлака и примесей. К слабым зернам относят зерна боя огнеупорного кирпича, флюсов, а также те зерна, которые разламываются руками -или разрушаются от легких ударов молотка. Примеси металла отбирают с помощью магнита. Содержание слабых зерен и примесей металла, выраженное в процентах, вычисляют как среднее арифметическое результатов трех определений для каждой фракции в отдельности. Показатели для смеси фракций определяют как средневзвешенное с учетом содержания каждой фракции в общей пробе. Для определения примесей металла в шлаковом песке среднюю пробу песка массой 1 кг просеивают через сита с отверстиями 5 мм и 0,14 мм и из остатка на сите 0,14 мм путем квартования отбирают навеску песка массой 0,25 ... 0,3 кг; песок промывают, высушивают до постоянной массы, рассыпают тонким слоем и с помощью пупы или микроскопа отбирают тонкой иглой примеси металла. Отбор частиц металла разрешается с помощью магнита. Отобранные примеси металла взвешивают и определяют их содержание в процентах.

Определение устойчивости структуры шлаков против всех видов распада.

Устойчивость шлаков характеризуют потерей массы в процентах при автоклавной обработке или кипячении шлакового щебня. Для этого отбирают по две навески щебня, объем которой зависит от максимального размера зерен фракций: фракция до 20 мм — 1 л; фракция до 40 мм — 2 л; фракция свыше 40 мм — 5 л. Щебень промывают, очищают от рыхлых частиц и пыли, высушивают до постоянной массы и определяют массу щебня в каждой навеске т. Каждую навеску щебня испытывают отдельно. Щебень помещают в мешочки из плотной ткани или формы из оцинкованной жести с круглыми отверстиями диаметром не более 3 мм и погружают в сосуд с дистиллированной водой на 30 суток. Затем щебень вынимают из воды, дают ей стечь, помещают в формы и ставят в автоклав. В течение 30 мин. давление в автоклаве постепенно поднимают до 0,2 МПа и выдерживают при этом давлении 6 часов, после чего в течение 20 мин. снижают давление до атмосферного. После обработки в автоклаве каждую навеску щебня в отдельности промывают, высушивают до постоянной массы и просеивают через сито с отверстиями диаметром, соответствующим наименьшему размеру испытываемой фракции. Определяют массу остатка на сите m₂. Испытание в автоклаве можно заменить кипячением в бачке в течение 10 часов. Потери в массе П_м в % вычисляют по формуле:

П_м = (m₁-m₂)/m_{1 *}100,

где m₁ — масса навески до испытания, г; m₂—масса навески после испытания, г.

Потери в массе щебня, состоящего из нескольких фракций, П определяют по формуле:

,

где N — число фракций, входящих в состав смеси;

П.—потери данной фракции, % по массе;

С—содержание данной фракции, % по массе.

За результат принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений.

Определение активности шлака. Среднюю пробу массой 5 кг, высушенную до постоянной массы, размалывают в шаровой лабораторной мельнице до удельной поверхности S_уд =3000 см²/г; остаток на сите N 0,071 должен составлять 6... 10 %. За показатель активности принимают предел прочности при сжатии образцов-цилиндров, изготовленных из шлаковой смеси максимальной средней плотности, получаемой путем подбора оптимального количества воды. Оптимальное количество воды; обеспечивающее максимальную плотность смеси, определяют на малом приборе СоюздорНИИ для стандартного уплотнения. Для этого навеску шлакового порошка 720 ... 750 г заливают водой в количестве 6... 8% от массы шлака и тщательно перемешивают мастерком в сферической чаше в течение 5 мин. Из приготовленной смеси отбирают контрольную навеску и определяют фактическую влажность, затем формуют 3 образца Д = Н = 50 мм в малом приборе СоюздорНИИ. Образцы уплотняют 40 ударами гири массой 2,5 кг, падающей с высоты 30 см. После уплотнения плунжер и насадку снимают, срезают ножом излишки смеси. Сразу после изготовления образцы освобождают из формы и взвешивают с точностью до 0,1 г. Цикл — приготовление шлаковой смеси, изготовление образцов, взвешивание — повторяют несколько раз,- каждый раз увеличивая количество воды на 2 %. Добавление воды ведут до момента снижения средней плотности скелета. Плотность скелета? образца определяют по формуле:

,

где W — фактическая влажность смеси.. % от массы сухого молотого шлака;

р — средняя плотность образцов, г/см³ определяемая по формуле:

,

где m —масса образца при данной влажности; V —объем образца, см.

По результатам определения средней плотности скелета строят график зависимости р от фактической влажности W. Наивысшая точка полученной кривой соответствует оптимальной влажности и максимальной средней плотности образцов.

Для определения прочности изготавливают, как было сказано выше, образцы-цилиндры Н =Д =50 мм из шлаковой смеси с оптимальной влажностью, которые уплотняют на гидравлическом прессе при давлении 20 МПа в течение 3 мин. Образцы хранят 7 сут. на воздухе при температуре 18 ... 20° С, затем помещают на 18 сут. в камеру с влажностью более 95 %. затем в течение 2 сут. насыщают водой. Насыщенные водой образцы в возрасте 28 сут. испытывают на одноосное сжатие на гидравлическом прессе со скоростью повышения давления 0,3 ... 0,5 МПа в секунду до разрушения образцов. Предел прочности определяют с точностью до 0,1 МПа по формуле:

,

где Р — разрушающее усилие пресса, Н;

F — площадь поперечного сечения образца, см².

За показатель активности принимают предел прочности при сжатии, вычисленный как среднее арифметическое значение результатов испытания 10 образцов. Допускается определение активности производить на образцах, изготовленных из смеси с разными водошлаковыми отношениями: 0,12; 0,14; 0,16. Из каждой смеси готовится 10 образцов, и за показатель активности принимается средний наибольший из трех средних пределов прочности при сжатии 10 образцов. Определение прочности шлакового щебня. Шлаковый щебень по прочности подразделяют на марки в соответствии с требованиями, указанными в табл. 3. 2. Марку щебня определяют в водонасыщенном состоянии по потере массы при сжатии (раздавливании) в цилиндре.

Таблица 5.6.