ПОЛУЧЕНИЕ ЩЕБНЯ ИЗ ШЛАКОВ
Щебень является востребованным строительным материалом. Много предприятий занимаются его производством. Высокая конкуренция служит прекрасным стимулом для поиска способов удешевления продукции. Ярким примером искусственно созданного недорогого материала является щебень из шлаков.
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЩЕБНЯ ИЗ ШЛАКОВ
Щебень этого вида изготавливается двумя способами:
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЩЕБНЯ ИЗ ШЛАКОВ
Физико-механические характеристики щебня из шлаков изменяются в достаточно широком диапазоне. Они во многом зависят от качества исходного сырья и используемой при выплавке руд технологии. По истинной плотности шлаковый щебень превосходит наиболее популярный природный гранитный материал. Показатель первого варьируется в пределах 2950–3500 кг/м3. Истинная плотность гранитного щебня – 2650 кг/м3.
Обратная ситуация с водопоглощением по массе. У гранитного щебня его показатель очень низкий и составляет 0,2 %. Наиболее близок к нему щебень из медеплавильного шлака с водопоглощением 0,4 %. Материалы из других видов шлака имеют значительно худшие показатели: фосфорный – 0,9 %, доменный – 1,5 %, мартеновский – 2,3 %, конвертерный – 4,0 %, пористый – 7,3 %. С водопоглощением неразрывно связан показатель морозостойкости. Для гранитного щебня он составляет 300–400 циклов, для шлакового меняется от 15 (пористый) до 300 (медеплавильный).
По пределу прочности при сжатии шлаковый щебень может как превосходить гранитный с показателем 120 МПа, так и уступать ему. Хуже всех выдерживает сжимающие нагрузки щебень из пористого шлака. Его предел прочности всего 62 МПа. Остальные материалы имеют следующие показатели: конвертерный – 76 МПа, доменный – 104 МПа, мартеновский – 110 МПа, фосфорный – 135 МПа, медеплавильный – 140 МПа.
Еще одной важной характеристикой щебня является показатель дробимости, характеризующий его способность выдерживать нагрузки. Для природного гранитного материала он равен 11 %. У искусственного аналога лучшие показатели дробимости принадлежат медеплавильному (6 %) и фосфорному шлаковым щебням (12 %), худшие – конвертерному (39 %) и пористому (44 %).
Строительный шлаковый щебень обладает одним свойством, кардинально отличающим его от известнякового, гравийного или гранитного. При использовании его для строительства дороги в течение первых 5–6 лет эксплуатации полотна он продолжает набирать прочность.
ПРИМЕНЕНИЕ ЩЕБНЯ ИЗ ШЛАКА
Щебень из отвального шлака имеет достаточно широкую сферу применения. Его мелкая фракция используется для изготовления асфальта, огнеупорного бетона, а также плит и блоков для возведения промышленных объектов. Щебень среднего и крупного размеров применяется в качестве подсыпки для дорожного покрытия, для производства шлакоблоков, тротуарной плитки и различных видов бетона. Помимо этого, материал крупной фракции востребован в ландшафтном дизайне.
Литой щебень тоже используется для изготовления железобетонных изделий и различных видов бетонов. В дополнение к этому он применяется в производстве минеральной ваты и при строительстве дорог. Главным коммерческим преимуществом обоих видов этого материала является невысокая цена. Их использование позволяет существенно снизить расходы на проведение строительных работ.
Что такое шлак и для чего его применяют в строительстве
Шлак – это вторсырье, которое часто используется в строительстве в качестве наполнителя при приготовлении бетонных смесей. Промышленные отходы отличаются по химическому составу и физическим свойствам, при этом их стоимость значительно ниже других заполнителей. Это делает шлак очень популярным материалом при дорожном строительстве. Кроме этого из вторсырья изготавливают минеральную вату, шлакоблоки, пемзу, литье и многое другое. Благодаря использованию вторичного сырья обеспечивается безотходная технология производства стройматериала и значительно снижается уровень загрязнения окружающей среды.
Что такое шлак
Шлак – неметаллический искусственный силикат, который образуется на поверхностях различных металлов при:
Также, в процессе производства, шлаки строительные образуются при восстановлении руды, в ходе извлечения из сырья флюсов.
Если говорить о химическом составе отходов металлургии, то этот материал бывает нескольких видов:
Помимо этого, в отходах содержатся частицы кремния, алюминия, магния, марганца, серы и прочих компонентов. В зависимости от их объема шлак получает разные свойства.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем стандарте применяют следующие термины.
— неорганический зернистый сыпучий материал с крупностью зерен св. 5 мм, получаемый дроблением шлаков черной (доменных и ферросплавных) и цветной металлургии.
Песок из отсевов дробления шлаков
— неорганический зернистый сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм, получаемый путем выделения рассевом из отсевов дробления на щебень шлаков черной и цветной металлургии.
Песок из гранулированных шлаков —
неорганический зернистый сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм, получаемый при дроблении гранулированных шлаков цветной металлургии с использованием специального дробильно-сортировочного оборудования.
Сфера применения и свойства шлака
Говоря о том, что такое шлак, стоит сказать о сфере применения этого материала. Чаще всего в строительстве используется граншлак разного диаметра:
По цвету, вторичное сырье может быть самым разным, начиная от насыщенного черного, заканчивая белым цветом. Нередко встречаются материалы перламутрового или сиреневого оттенка.
Плотность шлака колеблется в зависимости от компонентов, входящих в его состав.
| Оксид | Плотность, г/см3 |
| Кальция | 3,4 |
| Магния | 3,65 |
| Кремния | 2,26 |
| Железа | 5,7 |
| Марганца | 5,4 |
Соответственно, если измерять этот показатель в «кубах», то эти значения будут колебаться от 800 до 3 200 кг на метр кубический.
Удельный вес сырья (то есть масса его вещества) составляет от 2,5 до 3,6 г/см3. Приблизительно такими же показателями отличаются природные породы камней. Однако стоит учитывать, что удельный вес шлака может отличаться в зависимости от вида сырья:
Кроме этого, свойства вторичного сырья определяются его типом. Сегодня в металлургии выделяют четыре основных вида шлака: черный, цветной, топливный и химический.
Основные характеристики материала
При выборе сферы применения щебня необходимо знать его характеристики по плотности и прочности. Плотность щебня зависит от способа его получения. Плотный щебень получают из плотных отвальных шлаков, а пористый вариант – из расплавленных шлаков с их дальнейшим насыщением газами. Плотный щебень шлаковый применяется как заполнитель для тяжелых бетонов, а пенистый – для производства легких бетонов. Прочный материал, полученный из шлаков доменных печей, по прочности подразделяется на 5 марок. Он идет на производство тяжелых бетонов: чем прочнее бетон, тем прочнее должен быть заполнитель.
При выборе искусственного щебня надо обратить внимание на его основные технические характеристики:
Искусственный камень из шлаковых отходов имеет массу преимуществ по сравнению с натуральными аналогами. Прочный щебень очень износоустойчив: хорошо переносит трение, сопротивляется повышенным механическим нагрузкам и выдерживает сильные морозы. Пористый материал из пенистых шлаков является легким, но прочным, не создает дополнительной нагрузки на несущие строительные конструкции. Он хорошо отталкивает тепло и его часто применяют для теплоизоляции.
В растворах шлаковый продукт надежно сцепляется с другими компонентами, обеспечивая прочность и долговечность конечного изделия. Искусственный материал дешевле щебня из природных камней, имеет выгодное соотношение цены и качества. Является экологически чистым материалом без вредных испарений. Несмотря на массу положительных черт, продукт из шлаков имеет некоторые недостатки. Он наделен меньшей прочностью, чем натуральный камень. Искусственный материал может иметь невыгодную форму зерен: если они вытянутые, а не сферические, то нужно использовать больше материала, из-за чего повышается стоимость строительных работ. К тому же щебень из отвальных шлаков может быть радиоактивным. По радиоактивности он разделяется на 2 класса: 1 идет на строительство зданий, 2 – на строительство дорог.
Шлаки цветной металлургии
Вторичное сырье этой категории пользуется меньшей популярностью ввиду дороговизны и трудоемкости его получения. В отличие от шлаков черной металлургии, цветное сырье обладает большим удельным весом и повышенным содержанием закиси железа, объем которого может доходить до 40%. Кроме этого, в состав таких материалов входят ценные и редкие металлы.
Иногда в строительной сфере применяют отходы цветной металлургии, которые образуются при выплавке никеля и меди. Медеплавное вторсырье отличается черным цветом и не распадается. При этом его плотность составляет от 3 300 до 3 800 кг/м3, а водопоглощение колеблется в пределах 0,1-0,6%.
Никелевое сырье обладает идентичными с медеплавными отходами показателями и свойствами.
Из шлаков такого типа редко изготавливаются строительные материалы, иногда их используют при производстве литых изделий или минваты. Намного чаще на производственную линию попадают доменные шлаки.
Сортировка щебня происходит в три этапа:
Щебень становится пригодным к применению в строительной отрасли только после прохождения всех этапов обработки.
Шлаки черной металлургии (доменные)
Сырье этого типа бывает 3 типов:
Если говорить о свойствах шлака доменного, то он отличается высоким сопротивлением к измельчению, реакционной способностью и стабильностью. По гидравлическим свойствам гранулированный шлак бывает трех сортов:
Применение
Как и любая другая разновидность щебня, данный материал используется в самых разных сферах.
В большинстве случаев он может с успехом заменить натуральные аналоги и обойдется существенно дешевле. Тем не менее в силу характерных особенностей, особенно из-за невысокой морозоустойчивости, в некоторых случаях применение данного вещества невозможно. Именно поэтому шлаковый щебень до сих пор полностью не смог вытеснить гранитный, ведь на территории России слишком много мест, где низкая температура считается абсолютной нормой и именно там обычно возводятся промышленные строения. Говоря о стоимости, также следует учитывать разновидности этого щебня. Например, самый дешевый и, откровенно говоря, бесполезный пористый материал доступен буквально за копейки. А его медеплавильный аналог, действительно практически ничем не уступающий граниту (а кое в чем и превосходящий), обойдется лишь немногим дешевле натуральных материалов.
Топливные шлаки
Каменноугольные и угольные шлаки, которые также часто называют золошлаками, сегодня широко применяются в промышленном строительстве. Такое сырье отличается от доменного более низким содержанием CaO и повышенным содержанием FeO. При этом угольный шлак отличается повышенной щелочностью.
Золошлак – это шлак гранулированный, который отличается черной окраской. Такой цвет образуется из-за двухвалентного железа, которое содержится в составе сырья. Встречается шлак коричневого, белого, оливкового и зеленого цвета (в зависимости от объема окисла). Для получения песка шлакового сырье измельчается, в этом случае его цвет будет серым.
Золошлаки получают в процессе сжигания различного топлива, в зависимости от типа которого можно определить, сколько вторсырья в нем содержится:
Однако стоит учитывать, вреден ли угольный шлак. Дело в том, что в этом материале содержатся радиоактивные вещества, поэтому использовать его в качестве наполнителя для бетонных стен и при организации стяжки для жилых объектов не рекомендуется.
Характеристики и особенности
Характеристики шлакового щебня могут варьироваться в широких пределах. Они практически полностью зависят от того, каким было изначальное сырье, а также от тех технологий, которые применялись при получении стали. Тем не менее есть ряд особенностей, которые позволяют охарактеризовать данное вещество более точно.
Отдельно нужно сказать о пределе прочности на сжатие. Если у стандартного гранитного материала этот показатель составляет 120 МПа, то у шлакового щебня он же может варьироваться в очень широком диапазоне, начинаясь от 62 МПа (для пористого шлака) и заканчиваясь на 140 МПа (для медеплавильного аналога). То же самое можно сказать и о показателе дробимости. У гранитного щебня эта характеристика составляет 11 %, а показатели шлаков также отличаются. Пористый – 44 %, медеплавильный – 6 %.
Химические шлаки (электротермофосфорные)
Граншлаки – отходы производства фосфора, который изготавливается электротермическим методом. В таком вторсырье содержится до 98% стекла. Основу материала составляют CaO и Si02. Помимо этого в химических отходах содержатся частицы макулатуры, резиновой крошки, тряпья, полимерных материалов, попутных нефтепродуктов и многого другого. В связи с этим подобные шлаки довольно редко используются в строительстве.
Если говорить о самом распространенном типе шлаков, то это доменное вторсырье. Однако, несмотря на многочисленные преимущества, этот материал обладает и плюсами и минусами.
Радиоактивность щебня
Радиоактивность щебня — самая важная характеристика, с которой обычно начинается обсуждение качества строительного щебня с покупателем. Если продукция должна быть пригодна для всех без исключения видов строительных работ, что должно быть подтверждено соответствующими сертификатами и санитарно-эпидемиологическими заключениями, исследованиями спец. лабораторий, то это означает, что весь поставляемый гранитный щебень и др. виды высокопрочного щебня относятся к I-му классу по радиоактивности (менее 370Бк/кг). Для строительства дорог подходит щебень II класса по радиоактивности (более 370Бк/кг)
МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ
6.1 Зерновой состав щебня, содержание пылевидных частиц, содержание глины в комках, форму зерен, прочность, морозостойкость определяют по ГОСТ 8269.
Зерновой состав песка, содержание комовой глины определяют по ГОСТ 8735, содержание в песке пылевидных частиц методом набухания определяют в соответствии с ГОСТ 3344.
6.2 Содержание в щебне и песке металлических включений определяют по ГОСТ 3344.
6.3 Устойчивость структуры щебня и песка против силикатного и железистого распадов, потери при прокаливании определяют по ГОСТ 9758.
6.4 Общее содержание сернистых и сернокислых соединений, сульфидной серы определяют по ГОСТ 8735.
6.5 Содержание оксидов железа и марганца определяют по ГОСТ 5382.
6.6 Удельную эффективную активность естественных радионуклидов в щебне и гравии определяют гамма-спектрометрическим методом в соответствии с ГОСТ 30108.
ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ
7.1 Щебень и песок перевозят навалом в транспортных средствах любого вида согласно действующим правилам перевозки грузов и техническим условиям погрузки и крепления грузов, утвержденным Министерством путей сообщения, правилам перевозки грузов автомобильным и водным транспортом.
При транспортировании щебня и песка железнодорожным транспортом вагоны следует загружать с учетом полного использования их грузоподъемности.
7.2 Щебень хранят раздельно по фракциям, песок — по модулю крупности в условиях, предохраняющих их от засорения и загрязнения.