В металлургическом производстве, в результате сгорания топлива, углей и прочих присадок, образуется шлак – вторсырье, металлургические отходы. Сгорание и образование шлака происходит в процессе выплавки стали из железной руды. Получаемые отходы активно используются в строительстве, из них и с их применением изготавливают: шлакобетоны, пемзу шлаковую, минеральную вату и прочие утеплители. В свою очередь, отходы цветной металлургии разделяются на: передельные и отвальные шлаки.
Граншлак или гранулированный шлак образуется в момент быстрого снижения температуры, охлаждения раскаленного шлака в доменной печи и конвекторе. Такой материал обладает высокими вяжущими характеристиками и добавляется в цемент в виде минеральной добавки.
Граншлак это не просто присадка для бетонных растворов, он, помимо своих физических и химических свойств, имеет еще одну функцию – экологическую. Учитывая, какое количество разнообразных примесей, добавок, соединений имеется в его составе после выплавки, то использование его внутри бетонных конструкций, автоматически решает вопрос утилизации шлака.
В процессе разливки стали, имеющаяся на поверхности шлаковая пленка, защищает расплав от воздействия продуктов горения.
Шлак – использование в строительстве
Самое распространенное применение в строительной отрасли – наполнитель бетонных составов. Как отход металлургического производства, шлак более безопасный, чем те же отходы сгорания углей, потому что в углях, залегающих под землей, будь это бурый, каменный, антрацит, имеются в наличии радионуклиды.
Сгорая, концентрация этих веществ в дыме, резко возрастает, хотя в исходном состоянии их доля не так уж и велика, а в некоторых углях (бурый, каменный) концентрация приобретает недопустимые значения в санитарном плане. Получается, что в строительстве зданий и сооружений, жилых помещений, такой шлак не пригоден, потому что радиоактивный фон здания будет превышать предельно допустимые нормы.
В строительстве высотных зданий используются бетонные смеси из цементов с повышенными вяжущими свойствами, применяемый в них граншлак значительно улучшает прочностные характеристики конструкций (плит перекрытия). В кирпич, с повышенной износоустойчивостью, влаго- и теплоизоляционными качествами, добавляют граншлак с большей фракцией, из таких смесей получается прочные и легкие строительные материалы.
При производстве шлаковаты, тротуарной плитки, бордюров и брусчатки применяют мелкофракционный шлак (в том числе и пылевой). Такой шлак в готовом изделии отлично заполняет все имеющиеся пустоты и значительно упрочняет конструкцию. Часто применяется при возведении зданий с насыпными стенами.
Аналогичный эффекту от применения портландцемента, достигается эффект при добавлении в цемент шлаков, содержащих кальциевые силикаты, которые подвергают тонкому помолу для смешивания. Использование таких добавок дает:
- возможность выпускать особо прочные и тяжелые марки бетона, классами прочности В15-В30;
- осуществлять выпуск сухих строительных смесей;
- изготавливать плиты перекрытий, ригеля, колонны, бетонные панели и предварительно напряженные конструкции;
- возводить подвалы, погреба, фундаменты любого исполнения и сложности, производить отливку плит перекрытия и возведение стен с помощью скользящей опалубки.
Щебень из доменного шлака
Потому как граншлак это отход производства, то и цена на щебень из него в разы меньше цены на тот же гранитный щебень, который нужно добыть, доставить и раздробить с применением множества технологического оборудования. Щебень, полученный из доменного шлака, в своей кристаллической решетке имеет до 20 минералов (воластонит, мелилит, двухкальциевой силикат). Именно присутствие кальциевых силикатов и обуславливает необходимость применения продуктов, получаемых из этого шлака, при изготовлении тяжелых сверхпрочных бетонов.
Положительные и отрицательные стороны
Согласно ГОСТ 3344 плотность доменного щебня (из шлака) больше, чем у гранитного, но, в то же время, он более гигроскопичный, при этом, морозостойкие качества у него хуже и поэтому использование такого щебня ограничено в климатических зонах с преобладанием отрицательных температур. Различны значения предела прочности на сжатие, например у пористого шлака это 62 МПа, а у медеплавильного 140 МПа, для информации, у гранитного щебня этот показатель составляет 120 МПа. Важный момент – пористый очень дешевый, но в применении не везде допускается, а возможный аналог, медеплавильный по своим прочностным характеристикам находится с гранитным и по цене, практически, на одном уровне.
Обладая высоким показателем водопоглащения, доменный шлак уверенно занял свою нишу в такой отрасли как строительство дорог. Здесь его отличительная черта пришлась как нельзя лучше, ведь доменный шлак отлично утрамбовывается, быстро пропускает сквозь себя жидкость, по этим параметрам его применение более предпочтительно, чем гранитного.
Виды шлака
Металлургические
Делятся на шлаки цветной и черной металлургии. В шлаки черной металлургии входят:
- Доменный шлак – получается в процессе выплавки чугунной заготовки из железной руды, в зависимости от параметров плавки (расплавления топлива и добавок), меняются и свойства шлака;
- Сталеплавильный – образуется при производстве в мартеновских, электросталеплавильных печах и конвертерах;
- Ферросплавный – его виды делятся в зависимости от элементов в нем преобладающих, которые добавлялись в расплав стали при производстве ферросплава (кобальт, хром, марганец, молибден, кремний и другие).
Шлаки цветной металлургии – к этой группе принадлежат шлаки, образовавшиеся в процессе медеплавильного, никелевого, свинцового и цинкового производства.
Фосфорные
Такие шлаки образуются в процессе изготовления фосфорных удобрений. Применяются в производстве минеральной ваты и пемзы. В строительстве добавляют только в том случае, если бетоны в дальнейшем подлежат высоктемпературному пропариванию.
Зольные
Являются остатками после сжигания твердого угля и горючих сланцев. Имеют высокий уровень содержания радионуклидов, поэтому в строительстве жилого фонда не применяются. Нашли применение в тротуарной плитке и как наполнитель в добавках в асфальтобетонную смесь в дорожных работах, для уменьшения образования пыли, путем связывания смолистыми фракциями.
Решающее значение на получаемые шлаки оказывает и скорость охлаждения их, в случае, если произошло охлаждение с помощью воды, быстро, то получается стекловидная структура – она более стойкая, чем мелкозернистая, которая получается, если охлаждение шло долго, естественным путем.
Характеристики доменного шлака
В зависимости от тонкостей технологических процессов отливки стали и чугуна у разных производителей, характеристики шлаков будут отличаться между собой.
Отличаться будут составы кальцитов, силикатов, железа и алюминия в готовом продукте. В зависимости от места производства, шлак, отправляемый на строительные работы, маркируется следующими индексами: Н – Новокузнецкий, Чл – Челябинский, Нт – Новотульский, Л – Липецкий, Днепродзержинский металлургические комбинаты.
Поступающие на плавку руда и добавки влияют на будущий химический состав шлака. От них же и зависит итоговое количество, образовавшегося шлака.
В зависимости от способа охлаждения, колеблется и вес шлака – стекловидный, после охлаждения водой – более тяжелый и прочный.
Виды и характеристики сыпучих строительных материалов, читайте здесь.
Видео: Шлакобетон как бесплатный строительный материал:
