Щебень из металлургического шлака широко используется в строительстве. Технические характеристики щебня из шлаков

Новые строительные материалы, обладающие новыми качествами из более дешёвого и доступного сырья, открывают все больше возможностей в современном строительстве. В разряд эффективных искусственных материалов благодаря своим характеристикам попадает щебень из отвального и литого металлургического шлака.

Производят шлаковый щебень методом дробления устойчивого отвального шлака или литого с термической стабилизацией расплава шлака. При получении щебня утилизируются шлаки металлургических предприятий.

Производство шлакового щебня

Необходимым требованием к шлаковому сырью является устойчивость его к силикатному, железистому, известковому и магнезиальному распаду. Данные виды распада начинаются в процессе охлаждения шлаков и продолжаются в отвалах на протяжении 2-3 месяцев. Шлаки, отлежавшие в отвалах необходимое для распада время, считаются устойчивыми и поступают на переработку.

Так как причины, вызывающие распад шлаков, формируются при их медленном остывании, поэтому применяется метод быстрого охлаждения шлаков. Для этого шлаковый расплав сливается тонким слоем 250-500 мм с откоса шлакового отвала. После остывания в течение 2-3 часов температура шлака падает до 800 °С и происходит кристаллизация. Затем проводится термическая стабилизация путем быстрого охлаждения шлака водой, отчего в нем образуются трещины. Остывший литой шлак отправляется на переработку.

Пемза шлаковая – щебень пористый из металлургического шлака

Для получения щебня помимо плотных отвальных шлаков используется также пористое сырье – шлаковая пемза. Поризация материала происходит от вспучивания шлакового расплава под действием пара и газов, выделяемых при охлаждении его водой под давлением 0,4-0,6 МПа. Получают шлаковую пемзу различными методами: брызгально-траншейным, вододутьевым, бассейновым, и гидроэкранным.

Характеристики шлакового щебня колеблются в более широких пределах чем для натурального щебня, что определяется нестабильным качеством сырья и технологическими задачами.

Прочность шлакового щебня для заполнения бетонных растворов классифицируется марками: М300, М600, М800, М1000, М1200.

Морозостойкость колеблется от F15 для пористых до F300 для плотных шлаков.

Радиоактивность по 1 классу менее 370 Бк/кг для всех видов шлака.

В шлаковых щебнях нормируется содержание серы, вызывающей коррозию арматурной стали - менее 2,5%.

Шлаковый щебень разделяется на фракции: отсев до 5 мм, мелкий 5- 10 мм, 10-20 мм, средний 20-40 мм, крупный 40-70 мм, 70-120 мм.

Шлаковую пемзу в виде пористого щебня разделяют на три фракции 5-10 мм, 10-20 мм и 20-40 мм.

Прочность шлаковой пемзы характеризуется марками от M400 до M900 Размер пор шлаковой пемзы изменяется от метода получения от 0,04 до 4,5 мм, пористость пемзы составляет 52-78, водопоглощение колеблется от 10 до 55%.

Применяется шлаковый щебень в следующих областях:

Для получения бетона всех марок. Обладая лучшими адгезивными характеристиками чем гранитный щебень, после затвердения шлакобетонная смесь имеет большую прочность.

Для производства шлакоблока при переработке шлаковых отвалов металлургических предприятий. Кроме экономической выгоды, возведенная стена из шлакоблока сберегает тепло в 5 раз лучше, чем кирпич.

Для изготовления тротуарной плитки при утилизации отходов металлургических печей.

Для улучшения оснований дорог в составе шлакоменеральных смесей из шлакового и каменного щебня, и устройства прочного асфальтобетонного полотна согласно техническим условиям ГОСТа 3344 83.

Для производства каменной ваты по качеству не значительно уступающей стекловате.

Шлаковая пемза используется для производства теплоизоляционных, конструкционных и армированных легких бетонов.

Являются значительным резервом обеспечения строительной индустрии заполнителями для бетонов. Шлаковые заполнители по величине насыпной плотности могут быть тяжелыми (ро > 1000 кг/м3) и легкими (р0 < 1000 кг/м3), а по крупности зерен - мелкими (< 5 мм) и крупными (> 5 мм).

Шлаковый щебень. Шлаковый щебень получают дроблением отвальных металлургических шлаков или специальной обработкой огненно-жидких шлаковых расплавов (литой шлаковый щебень). Для производства щебня в основном применяют отвальные шлаки, сталеплавильные (приемлемые для переработки в щебень), а также медеплавильные, никелевые и другие шлаки цветной металлургии.

К эффективным видам тяжелых заполнителей бетона, не уступающих по физико-механическим свойствам продуктам дробления плотных природных каменных материалов, относится литой шлаковый щебень. При производстве этого материала огненно-жидкий шлак из шлаковозных ковшей сливается слоями толщиной 250-500 мм на специальные литейные площадки или в трапециевидные ямы-траншеи (2.8). При выдерживании в течение 2-3 ч на открытом воздухе температура расплава в слое снижается до 800 °С и шлак кристаллизуется. Затем его охлаждают водой, что приводит к развитию многочисленных трещин. Шлаковые массивы на линейных площадках или в траншеях разрабатываются экскаваторами с последующим дроблением и грохочением.

Физико-механические свойства литого шлакового щебня:

Средняя плотность кусков, кг/м3 ... . . 2200-2800

Истинная плотность, кг/м3 2900-3000

Предел прочности на сжатие, МПа 60-100

Водопоглощение, % масс 1-5

Насыпная плотность щебня, кг/м3 1200-1500

Литой шлаковый щебень характеризуется высокими морозо- и жаростойкостью, а также сопротивлением истиранию. Стоимость его почти в 2 раза меньше, чем щебня из природного камня. Для изготовления бетонных и железобетонных изделий применяют фракционированный литой шлаковый щебень крупностью 5-70 мм. Несортированный материал используется в дорожном строительстве и в производстве минеральной ваты, а отсев может служить заполнителем жароупорных бетонов и частично заменять гранулированный шлак в производстве шлакопортландцемента. Для получения литого плотного шлакового щебня кристаллической структуры применяются «малогазистые» огненно-жидкие шлаки, в которых при охлаждении образуется минимальное число пор, а средняя плотность кусков - не менее 2200 кг/м3.

Необходимым условием получения заполнителей из металлургических шлаков является устойчивость их к различным видам распада. Особенно опасен силикатный распад, характерный для высококальциевых, маломарганцевых и малоглиноземистых шлаков.

Полиморфное превращение ортосиликата кальция - основная причина, вызывающая эту форму распада, может возникнуть при медленном остывании шлаков. Поэтому основным способом стабилизации шлаков, склонных к силикатному распаду, является быстрое их охлаждение (термическая стабилизация); например, слив шлаковых расплавов тонким слоем с откоса шлаковой горы или грануляция.

Кроме термической, разработаны также способы химической и кристаллохимической стабилизации, основанные на введении в расплав добавок, способствующих образованию устойчивых соединений. При химическом способе в расплав вводятся обычно добавки (глина, песок), связывающие оксид кальция и способствующие кристаллизации устойчивых минералов (геленита, окерманита и др.). Сущность кристаллохимического способа заключается в стабилизации (3-C2S введением некоторых добавок в шлаковый расплав. К эффективным стабилизаторам, при введении которых образуется устойчивая решетка ортосиликата кальция, относятся щелочи, оксиды фосфора, бора и др. Опасен также железистый распад, вызываемый увеличением объема (почти на 38%) при воздействии воды на сульфид железа и образованием гидроксида железа.

Распад шлаков начинается в процессе их охлаждения и завершается в отвалах в течение 2-3 месяцев. Шлаки, пролежавшие в отвалах длительное время и не имеющие признаков распада, считаются устойчивыми.

Для ускоренной оценки стойкости шлаков к силикатному распаду пробу подвергают пропариванию над кипящей водой или в автоклаве при давлении 0,2 МПа. Шлаковый щебень считается стойким к силикатному распаду, если потеря массы для испытываемой фракции не превышает 5%. Склонность к силикатному распаду можно определить, облучая шлаки ультрафиолетовыми лучами (люминесцентный метод). Шлаки, склонные к силикатному распаду, отличаются желтым или золотистым свечением, а устойчивые - фиолетовым различных оттенков.

Стойкость против железистого распада устанавливается выдерживанием шлакового щебня в дистиллированной воде в течение 30 сут. Потеря массы при этом так же, как и при испытании на силикатный распад, не должна превышать 5%.

Для предотвращения известкового и магнезиального распада в шлаках, перерабатываемых на заполнители, не допускаются свободные оксиды кальция и магния.

Предварительную оценку устойчивости структуры доменного шлака производят, зная его химический состав.

В зависимости от крупности зерен щебень делится на фракции: 5- 10, 10-20, 20-40, 40-70, 70-120 мм. Зерновой состав шлакового щебня, как и других видов заполнителя, подбирается для обеспечения минимальной пустотности. Минимальная насыпная плотность щебня каждой из фракций составляет 1000 кг/м3. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, должно быть для щебня: кубовидного - не более 15%; улучшенного - 25; обычного - 35%. Длина таких зерен в три и более раза превышает их толщину или ширину.

Прочность шлакового щебня характеризуется его маркой. Для щебня из доменного шлада, применяемого в качестве заполнителя тяжелого бетона, установлено пять марок по прочности:

Марка щебня по прочности 1200 1000 800 600 300

Потеря в массе после испытаний, % До 15 15-25 25-35 35-45 45-55

Щебень марки Ml200 может быть использован при изготовлении бетона марки М400 и выше, М1000 - марки МЗОО, М800- марки М200 и М600 - ниже М200. Щебень низких марок применяется также при изготовлении бетонов более высокой прочности, но после соответствующей проверки и технико-экономического обоснования.

В зависимости от числа циклов, которые выдерживает щебень при испытании, устанавливают его марки по морозостойкости

В металлургических шлаках содержится сера, вызывающая коррозию арматурной стали. В щебне из доменного шлака ее содержание не должно превышать 2,5% по массе. Наличие серы необходимо учитывать в производстве преднапряженных железобетонных конструкций, где возможность использования шлакового щебня должна быть обоснована специальными исследованиями.

Наряду с плотными отвальными шлаками для производства щебня используют пористые шлаки, образуемые из расплавов с большим газонасыщением, вспучиванием пузырьками выделяющихся газов. Прочность пористых отвальных шлаков 2,5-40 МПа; средняя плотность в куске составляет 400-1600 кг/м3, что позволяет обеспечить насыпную плотность щебня 800 кг/м3 и менее и применять их для производства легких бетонов.

Физико-механические свойства шлакового щебня изменяются в более широком интервале, чем щебня из горных пород что обусловлено колебаниями качества сырьевых материалов и технологических параметров.

Шлаковый щебень применяется не только как заполнитель цементных бетонов, но также в дорожном строительстве для укрепления оснований и устройства асфальтобетонных покрытий. В зависимости от структурных особенностей, сопротивления истиранию и дроби-мости шлаковый щебень делится на марки:

Марка щебня по истираемости И1 ИИ ИШ MIV

Потеря массы при испытании, % <25 25-35 35-45 45-60

Марка щебня из металлургического шлака как заполнителя асфальтовых бетонов зависит от вида смесей. Она должна быть, например, для смесей марки I:

Для горячих и теплых асфальтобетонов типов А, Б и В соответственно 1200, 1000 и 800;

Холодных - типов Бх и Вх - 800 и 600;

Пористых - 800.

Шлакоминеральные смеси . К шлакоминеральным смесям относятся каменные материалы, укрепленные гранулированным доменным шлаком и предназначенные для устройства оснований автомобильных дорог. Для активизации шлаков и твердения смесей в их состав вводят добавки гашеной извести (1-3%) или портландцемента (3-5%). Шлакоминеральные смеси, активированные гашеной известью, медленно схватываются и твердеют, что позволяет делать разрывы в несколько суток между приготовлением смеси и ее укладкой в основания. Шлакоминеральные смеси, активированные цементом, схватываются быстрее и позволяют вести строительные работы в течение 6-8 ч.

Шлакоминеральные смеси, уложенные в слое основания, практически не требуют специального ухода и позволяют открыть движение сразу после уплотнения. Они допускают укладку асфальтобетонных покрытий сразу после уплотнения основания. При устройстве оснований из шлакоминеральных смесей на дорогах высших категорий можно использовать не только местные малопрочные каменные материалы, но и песчано-гравийные смеси.

Шлакоминеральное основание более жестко по сравнению с битумо-минеральным, однако оно гораздо гибче и деформативнее оснований, устроенных из цементированных материалов, в том числе из бетона.

По трещиностойкости шлакоминеральное основание уступает би-тумоминеральному и поперечные трещины в нем возникают при перепадах температур. В южных районах и при достаточно толстых слоях асфальтобетонного покрытия трещинообразования в шлакоминераль-ном основании можно избежать.

В дорожно-строительной практике хорошо зарекомендовали себя составы шлакоминеральных смесей, в которых расход гранулированного шлака изменяется от 10 до 20%.

Минеральная часть смесей подбирается по кривым плотных смесей, рекомендованным для битумоминеральных смесей.

Шлакоминеральные смеси , затворенные 8-9% воды, хорошо перемешиваются и легко уплотняются. Асфальтобетонное покрытие, уложенное на шлакоминеральное основание, хорошо объединяется с ним.

Дорожное строительство является наиболее материалоемкой областью применения шлакового щебня. Требования, предъявляемые к шлаковому щебню, зависят от слоя дорожной одежды, где он используется. Так, материал, укладываемый в подстилающий слой, должен обладать водоустойчивостью и морозостойкостью, щебень для оснований - шероховатой поверхностью. В утрамбованном состоянии материал для строительства дорог должен обладать высокой прочностью на сдвиг. Для обеспечения движения с установленной скоростью покрытия должны иметь высокую износостойкость и сохранять ровность. Одним из основных требований к щебню для дорожного строительства является его способность не дробиться при укладке и уплотнении.

В дорожных насыпях и подстилающих слоях применяют щебень из несортированных отвальных шлаков. Нефракционированный шлаковый щебень пригоден также для устройства упорных призм плотин и дамб, укрепления их откосов, подверженных волновым воздействиям. Щебень из доменных и сталеплавильных шлаков легко укатывается в основаниях дорог, цементируется и образует монолитный слой особенно в смеси со щебнем из слабых известняковых пород. Щебень из мартеновских шлаков успешно применяется для расклинивания оснований из гранитного щебня, плохо поддающегося укатке.

Наиболее экономичны конструкции с использованием сталеплавильных шлаков крупностью до 40 мм. При эксплуатации модуль упругости слоев в основании медленно возрастает вследствие наращивания прочности. Применение шлаков с активизатором (хлористым кальцием) дает возможность вести дорожные работы в зимнее время.

Отвальные шлаки и минеральный порошок из сталеплавильных шлаков успешно используют при приготовлении асфальтобетона для верхних слоев дорожных одежд. Асфальтобетонные покрытия со шлаковым заполнителем характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к истиранию, большим коэффициентом сцепления, отсутствием сдвиговых деформаций. Также эти покрытия отличаются повышенным сопротивлением ударным нагрузкам при положительных и отрицательных температурах, большей теплостойкостью, чем асфальтобетоны на природных минеральных заполнителях. При длительном контакте с водой поры шлакового материала прорастают кристалло-гидратными новообразованиями, что предотвращает в последующем доступ в них воды и приводит к повышению морозостойкости асфальтобетона.

Недостатком шлаковых асфальтобетонных смесей является их высокая средняя плотность, на 15-25% превышающая плотность смесей из природных материалов.

Шлаковый наполнитель . Из сталеплавильных шлаков получают высококачественный минеральный порошок, являющийся важным структурообразующим компонентом (наполнителем) асфальтобетона. На долю минерального порошка приходится 90-95% суммарной поверхности минеральных зерен, входящих в состав асфальтобетона. Основное его назначение - это перевод битума в пленочное состояние, а также заполнение пор между крупными частицами, в результате чего повышаются плотность и прочность асфальтобетона. Минеральному порошку из сталеплавильных шлаков свойственна более развитая поверхность, чем у порошка из карбонатных материалов и, как следствие, более высокое набухание его в смеси е битумом.

Минеральный порошок повышает прочность асфальтобетона, но вместе с тем увеличивает его хрупкость, поэтому его содержание в смеси должно быть предельно минимальным, достаточным лишь для придания асфальтобетону нормативной плотности и прочности. Повышение массовой доли минерального порошка в смеси сверх необходимого минимума понижает трещиностоикость покрытий и резко снижает их сдвигоустойчивость.

Тонкоизмельченные шлаки, обладающие гидравлической активностью, т. е. способностью химически связывать Са (ОН) 2 уже при нормальной температуре, являются эффективными наполнителями (микронаполнителями) в цементных бетонах.

Цементный камень, по определению В.Н. Юнга, можно считать «микробетоном». Значительная часть цементных зерен гидратирует-ся не полностью и выполняет роль своеобразных наполнителей цементного камня. Глубина гидратации отдельных клинкерных минералов не одинакова и, как следует из данных Ю.М. Бутта даже в 6 мес. не превышает для наиболее активного минерала C3S 15 мкм, а наименее активного C2S - 2,7 мкм.

Многочисленными исследованиями показано, что кроме «естественных» наполнителей, которыми служат ядра большей части клинкерных частиц, в цементы и бетонные смеси могут быть с успехом введены «искусственные» наполнители - тонкомолотые, практически не растворимые в воде неорганические вещества, состоящие из частиц размером менее 150 мкм.

Обладая высокой удельной поверхностью, наполнители, наряду с прямым химическим воздействием, влияют на физико-химические процессы у поверхности раздела фаз. В соответствии с учением Гиббса-Фольмера энергия образования зародышей кристаллов значительно уменьшается при наличии центров кристаллизации, которыми могут служить частицы наполнителя.

Уменьшая радиус зерен наполнителя и поверхностное натяжение на границе «кристалл - жидкая фаза», можно значительно повысить вероятность зарождения новой фазы. При оптимальной концентрации и дисперсности наполнителя образуется мелкозернистая структура связующего, что благоприятно отражается на технических свойствах искусственного камня. При введении наполнителя в систему «цемент - вода» скорость твердения и прочность возрастают до тех пор, пока все зерна наполнителя остаются окруженными продуктами гидратации. Для кремнеземистых частиц степень наполнения можно определить по количеству СаО, которое может связать 1 г наполнителя. Степень наполнения, рассчитанная таким образом, колеблется от 5 до 10% массы цемента.

При избытке наполнителя с высокой дисперсностью зерен возникают участки самонапряжения, что по мере роста кристаллов может привести к образованию трещин и другим нарушениям однородности микроструктуры.

Наполнитель должен обеспечить максимальную адгезионную прочность между связующими и заполнителем и когезионную прочность связующего, минимальную пустотность за счет вытеснения цементного теста в контактную зону и общую пустотность бетона в целом. При этом степень наполнения должна быть такой, чтобы на начальной стадии формирования структуры были обеспечены заданные реологические параметры смеси.

Легкие шлаковые заполнители . Гранулированный шлак применяют в бетонах как мелкий заполнитель. По зерновому составу он соответствует крупному песку. Примерно 50% его массы составляют зерна крупностью более 2,5 мм. Насыпная плотность гранулированного шлака зависит от свойств шлакового расплава и технологии грануляции и составляет 600-1200 кг/м3. Гранулы, образующиеся при быстром охлаждении шлакового расплава водой или паровоздушной смесью, характеризуются высоким содержанием стекловидной фазы и пористостью.

Гранулированный шлак является эффективным заполнителем обычных и мелкозернистых бетонов, может служить укрупняющей добавкой для обогащения природных мелких песков. Пористые разновидности гранулированного шлака применяют как заполнители легких бетонов.

Шлаковая пемза - один из наиболее эффективных видов искусственных пористых заполнителей. Ее получают поризацией шлаковых расплавов в результате их быстрого охлаждения водой, воздухом, паром, а также воздействием минеральных газообразователей. Возможны следующие механизмы поризации расплава: вспучивание подъемом газовых пузырьков в расплавленной массе; вспучивание путем смешивания расплава с поризующими газами.

Особенности структуры шлаковой пемзы зависят от свойств и состава поризуемого расплава, а также от природы газов и их количества. Исходные расплавы могут иметь разнообразный химический состав, однако должны быть устойчивы ко всем видам распада. Температура расплава, поступающего на поризацию, не менее 1250 °С, вязкость при этом не должна превышать 5 Пас.

Поризация расплава происходит при перенасыщении его газами, которое наступает вследствие понижения их растворимости и кристаллизации расплава.

Освоено производство шлаковой пемзы следующими способами: брызгально-траншейным, бассейновым, вододутьевым и гидроэкранным.

Наиболее простым и высокопроизводительным является брызгаль-но-траншейный способ. Однако его недостатками являются неравномерная пористость получаемого материала, неоднородность, а также необходимость выделения больших площадей под траншеи.

Вододутьевой (струйный) способ заключается в дроблении шлака и перемешивании его с водой в аппаратах специальной конструкции с помощью сжатого воздуха или пара.

При использовании бассейнового способа шлаковый расплав выливается в стационарный или опрокидной металлический бассейн, в который через перфорированное днище под давлением 0,4-0,6 МПа подается вода. Под воздействием образуемого пара и выделяемых газов происходит вспучивание расплава. Образуемые глыбы пористого материала дробятся и рассеиваются на фракции. Стационарные и опрокидные установки различны по способу выгрузки: в первых она выполняется с помощью экскаваторов или скреперов, а во вторых - опрокидыванием бассейна.

Наиболее эффективным в настоящее время является гидроэкранный способ, основанный на резком охлаждении шлакового расплава в системе последовательно установленных гидрожелобов, состоящих из желобов и гидромониторных насадок 3, 5, через которые подается вода. Между гидрожелобами установлен экран.

Вспучивающийся шлаковый расплав с желоба 2 струями воды выбрасывается на экран 4, отразившись от которого, попадает на желоб 6, откуда водой выносится на конвейерный перегружатель 7 для последующего охлаждения и дробления.

Шлаковую пемзу выпускают в виде щебня трех фракций (5-10, 10-20 и 20-40 мм) и песка (рядового с зернами крупностью менее 5 мм, мелкого- менее 1,25 и крупного-1,25-5 мм). Для каждой фракции щебня, а также мелкого и крупного песка нормируется зерновой состав.

В зависимости от насыпной плотности (кг/м3) шлаковую пемзу делят на марки: для щебня - 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900; песка - 600, 700, 800, 900, 1000.

Между прочностью щебня и его маркой по насыпной плотности существует определенная зависимость:

Марка щебня по насыпной плотности 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

Прочность при сдавливании в цилиндре, МПа, не менее 0,3 0,35 0,40 0,45 0,55 0,65 0,70 0,90 1,1 1,3 1,5 ;

Марку щебня из шлаковой пемзы по морозостойкости определяют по числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, при котором потеря массы исследуемой пробы не должна превышать 8%. Морозостойкость щебня из шлаковой пемзы должна составлять не менее 15 циклов.

Размер пор шлаковой пемзы зависит от способа получения и равен 0,04-4,5 мм, пористость составляет 52-78, водопоглощение- 10-55%. Перспективной является гравиеподобная шлаковая пемза, имеющая плотную остеклованную оболочку зерен. Ее примение позволяет уменьшить расход цемента и снизить среднюю пло юность легких бетонов.

При получении гравиеподобной шлаковой пемзы частицы расплава с воздушного гранулятора направляют на экран, где они объединяются в более крупные куски. Во вращающемся барабане с продольными лопастями происходит дополнительное вспучивание и окатывание зерен с приданием им гравиеподобной формы. Показатели качества такой шлаковой пемзы в 2-3 раза выше, чем пористого шлакового щебня.

Шлаковая пемза применяется как заполнитель легких бетонов с широким диапазоном по средней плотности и прочностным показателям. Ее используют как пористый заполнитель для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов с плотностью 1300-1600 кг/м3 и прочностью 5-7,5 МПа и конструкционных бетонов с плотностью 1500-1800 кг/м3 и прочностью 10-20 МПа. При использовании шлаковой пемзы для армированных и в особенности преднапряженных конструкций должна быть проверена стойкость арматуры, коррозия которой возможна за счет содержащийся в шлаке серы.

Затраты на изготовление 1 м3 этого материала в 5 раз меньше, производительность труда в 4-5 раз выше, чем при производстве других пористых заполнителей. На выпуск шлаковой пемзы практически не расходуется технологическое топливо. Расход электроэнергии на производство 1 м3 щебня и песка из шлаковой пемзы составляет 6,2 кВт ч, а на производство 1 м3 керамзитового гравия - 24, аглопорита - 47,4 кВт ч.

В НИИСМ им. С.А. Дадашева разработана технология получения искусственных пористых заполнителей - азеритов из стекловатных шлаков металлургического и химического производств и других неорганических отходов промышленности. Она позволяет получать заполнители с насыпной плотностью 430-765 кг/м3 и пределом прочности при сжатии в цилиндре 3,7-13,8 МПа. При этом снижается температура вспучивания сырьевых гранул с 1150-1180 до 850- 1000 °С. На базе изготавливаемых легких заполнителей можно получить высокопрочные легкие, бетоны марок М100-М500 (классов В7,5-В40) для несущих конструкций зданий и сооружений.

Отличное, недорогое сырье для потребностей строительства изготавливают из отходов металлургического производства. Невзирая на «вторичное» происхождение, шлаковый щебень занимает достойное место рядом с другими измельченными камнями.

Различают 2 способа изготовления:

1. Переработка отвального, электросталеплавильного, медного и других видов застывшего шлака. Полученное сырье, отвальный щебень, делится на 3 группы, в зависимости от размера фракции:

• мелкая — от 5 до 20 мм;
• средняя — от 20 до 40 мм;
• крупная — от 40 до 70 мм.

2. Специализированная обработка расплавов. Для того чтобы получить сырье, огненно-жидкий состав из приспособленных для этих целей ковшей сливается на подготовленные литейные площадки или в траншеи, толщина каждого слоя составляет от 200 до 500 мм. Затем его выдерживают на открытом воздухе несколько часов, пока не остынет до 800 °C и не кристаллизуется. Охладив водой, добиваются появления в нем трещин, после этого дробят. Полученное в результате сырье называется литым щебнем.

Технические характеристики щебня из шлаков:

• насыпная плотность – не менее 1 000 кг/м 3 ;
• содержание зерен пластинчатой и игловидной формы для кубовидной фракции – не более 15%; улучшенной – 25%, обычной – 35%;
• прочность – М1200, М1000, М800, М600, М300;
• содержание пыли и глинистых частиц – не более 3%;
• содержание серы – до 2,5%.

Литой щебень имеет несколько другие показатели:

• насыпная плотность – 1 200–1 500 кг/м 3 ;
• истинная плотность – 2 900–3 000 кг/м 3 ;
• водопоглощение – от 1 до 5% от массы;
• предел прочности на сжатие – от 60 до 100 МПа.

Особенности применения

Поскольку он обладает хорошей прочностью, которая во время эксплуатации изделий только увеличивается, а также хорошо переносит колебания температуры без потери своих свойств, сфера его использования довольно обширна.

Применение щебня из отвальных металлургических шлаков связано с изготовлением бетона. Самая мелкая фракция подходит для получения огнеупорного бетона, блоков и плит, из которых возводят промышленные объекты высокой прочности, а также для производства асфальта и сопутствующих материалов.

Средняя фракция востребована в производстве железобетонных изделий, используется для заполнения разных видов бетонов, шлакоблоков, тротуарной плитки и в качестве подсыпки для дорожного покрытия.

Крупнозернистый материал так же востребован во всех вышеописанных случаях, а еще он применяется для отделки цоколей зданий и в ландшафтном дизайне.

Для получения качественного дорожного покрытия предпочтительнее купить щебень из электросталеплавильного шлака.

Литой имеет хорошие, стабильные показатели устойчивости к перепадам температур и сопротивление к истиранию, его применяют для дорожно-строительных работ, в производстве минеральной ваты, он служит прекрасным сырьем для наполнения тяжелых видов бетонных смесей и отливки изделий из железобетона.

Стоимость

Цена шлакового литого щебня почти вдвое меньше, чем произведенного из природного камня.

	Размер фракции	Цена, руб/м3
		от 537 до 678

ГОСТ 5578-94

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

МЕЖГОСУДАРСТВЕННАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОМИССИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОМУ НОРМИРОВАНИЮ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (МНТКС)

Москва

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН институтом НИИЖБ с участием ВНИПИИстромсырье, УралНИИстромпроект АО "НЭП" Уральский институт металлов" Российской Федерации
ВНЕСЕН Минстроем России
2 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации и техническому нормированию в строительстве (МНТКС) 17 ноября 1994 г.
За принятие проголосовали

Наименование государства	Наименование органа государственного управления строительством
Республика Беларусь	Госстрой Республики Беларусь
Республика Казахстан	Минстрой Республики Казахстан
Кыргызская Республика	Госстрой Кыргызской Республики
Российская Федерация	Минстрой России
Республика Таджикистан	Госстрой Республики Таджикистан
Республика Узбекистан	Госкомархитектстрой Республики Узбекистан

3 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 января 1996 г. в качестве государственного стандарта Российской Федерации Постановлением Минстроя России от 12 апреля 1995 г., № 18-37
4 ВЗАМЕН ГОСТ 5578-76

ГОСТ 5578-94

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ЩЕБЕНЬ И ПЕСОК ИЗ ШЛАКОВ ЧЕРНОЙ И ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ ДЛЯ БЕТОНОВ
Технические условия

Slag crushed stone and slag sand of ferrous and non-ferrous metallurgy for concretes. Specifications

Дата введения 1996-01-01

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на щебень и песок из доменных и ферросплавных (силикомарганца) шлаков черной металлургии и никелевых и медеплавильных шлаков цветной металлургии, применяемые в качестве заполнителей для тяжелых, мелкозернистых, жаростойких бетонов и для засыпок.
Стандарт не распространяется на щебень и песок для дорожного строительства и на гранулированные шлаки для производства цемента.
Требования, изложенные в пунктах 4.2, 4.3.1-4.3.5, 4.3.8, разделах 5 и 6, являются обязательными.
Поправка. ИУС 10-96.

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 3344-83 Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия
ГОСТ 5382-91 Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа
ГОСТ 8269-87 Щебень из природного камня, гравий и щебень из гравия. Методы испытаний
ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ. Методы испытаний
ГОСТ 9758-86 Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний
ГОСТ 30108-94 Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов

3. ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящем стандарте применяют следующие термины.
Щебень шлаковый - 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.

4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

4.1 Щебень и песок шлаковые черной и цветной металлургии (далее - щебень и песок) должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной предприятием-изготовителем.
4.2 Основные параметры и размеры
4.2.1 Щебень выпускают следующих основных фракций: от 5 (3) до 10 мм, св. 10 до 20 мм, св. 20 до 40 мм, св. 40 до 80 (70) мм и смеси фракций от 5 (3) до 20 мм.
4.2.2 Полные остатки на контрольных ситах при рассеве щебня указанных фракций и смеси фракций должны соответствовать указанным в таблице 1, где d и D - наименьшие и наибольшие номинальные размеры зерен.

Таблица 1

Примечание - Для щебня фракции от 5 (3) до 10 мм применяют сита 2,5 и 1,25 мм, полные остатки на которых должны быть соответственно от 95 до 100 % по массе.
4.2.3 Форму зерен щебня характеризуют содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы. Щебень в зависимости от содержания зерен пластинчатой и игловатой формы подразделяют на 3 группы, которые должны соответствовать указанным в таблице 2.

Таблица 2

4.2.4 Прочность щебня характеризуют маркой, определяемой по дробимости щебня при сжатии (раздавливании) в цилиндре в сухом состоянии.
Марки по дробимости щебня должны соответствовать значениям, указанным в таблице 3.

Таблица 3

4.2.5 Морозостойкость щебня характеризуют числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, при котором потери в процентах по массе не превышают установленных в таблице 4 значений.

Таблица 4

Вид испытания	Марка по морозостойкости щебня
	F15	F25	F50	F100	F150	F200	F 300	F 400
Замораживание - оттаивание:
Число циклов	15	25	50	100	150	200	300	400
Потеря массы после испытания, % не более	10	10	5	5	5	5	5	5

4.2.6 В зависимости от зернового состава песок подразделяют на группы по крупности. Каждую группу песка характеризуют значением модуля крупности, указанным в таблице 5.

Таблица 5

Группа песка	Модуль крупности
Очень крупный	Св. 3,5
Повышенной крупности	" 3,0 до 3,25
Крупный	" 2,5 " 3,0
Средний	" 2,0 " 2,5
Мелкий	" 1,5 " 2,0

4.2.7 Полный остаток песка на сите с сеткой № 063 должен соответствовать значениям, указанным в таблице 6.

Таблица 6
В процентах по массе

Группа песка	Полный остаток на сите № 063
Очень крупный	Св. 75
Повышенной крупности	" 65 до 75
Крупный	" 45 " 65
Средний	" 30 " 45
Мелкий	" 10 " 30

4.2.8 Зерновой состав песка из гранулированных шлаков цветной металлургии, получаемый при дроблении в специальном дробильно-сортировочном оборудовании, должен соответствовать значениям, указанным в таблице 7.

Таблица 7
В процентах по массе

4.3 Характеристики
4.3.1 Потери при прокаливании в щебне и песке не должны превышать, в % по массе:
7 - из отвального шлака;
3 - из шлаков текущего выхода и ковшовых остатков.
4.3.2 Щебень и песок должны обладать устойчивой структурой против силикатного и сульфидного распадов.
Содержание оксидов железа и марганца (FeO+MnO) в щебне и песке из доменных шлаков не должно быть более 3 % по массе, при этом содержание сульфидной серы не должно быть более 1,5 % по массе.
Потеря массы при определении стойкости против силикатного и железистого распадов не должна быть более 5 и 8% соответственно.
4.3.3 Содержание в щебне и песке сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO 3 не должно быть более 4,5 % по массе.
4.3.4 Содержание пылевидных частиц не должно быть более, в % по массе:
7 - в щебне и песке из шлаков текущего выхода и ковшовых остатков при определении отмучиванием;
1 - в песке из гранулированных шлаков текущего выхода при определении набуханием;
3 - в щебне из отвальных шлаков при определении отмучиванием;
3 - в песке из отвальных шлаков при определении набуханием.
4.3.5 Содержание глины в комках в щебне и песке из отвальных шлаков не должно быть более 0,25 % по массе.
4.3.6 Содержание металлических включений (корольков, скрапа) не должно быть более, в % по массе:
5 - в щебне;
3 - в песке.
4.3.7 Щебень и песок не должны содержать посторонних засоряющих включений.
4.3.8 Щебню и песку должна быть дана радиационно-гигиеническая оценка, по результатам которой определяют область его применения. Щебень и песок в зависимости от значений удельной эффективной активности естественных радионуклидов А эфф применяют:
- при А эфф до 370 Бк/кг - во вновь строящихся жилых и общественных зданиях;
- при А эфф св. 370 до 740 Бк/кг - во вновь строящихся производственных зданиях и сооружениях.

5. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ

5.1 Щебень и песок должны быть приняты техническим контролем предприятия-изготовителя.
5.2 Приемку и поставку щебня и песка проводят партиями. Партией считают количество щебня одной фракции (смеси фракций), а для песка - одного модуля крупности, одновременно отгружаемые одному потребителю в одном железнодорожном составе. При отгрузке автомобильным транспортом партией считают количество щебня одной фракции, а для песка - одного модуля крупности, отгружаемое одному потребителю в течение суток.
5.3 Для проверки соответствия качества щебня и песка требованиям настоящего стандарта проводят приемосдаточные и периодические испытания.
Приемочный контроль на предприятии-изготовителе проводят ежесуточно путем испытания объединенной пробы щебня (песка), отобранной с каждой технологической линии.
При приемосдаточных испытаниях определяют:
для щебня и песка зерновой состав, содержание пылевидных частиц, а для щебня и песка из отвальных шлаков также и содержание глины в комках,
5.4 При периодических испытаниях определяют:
- один раз в 10 сут - содержание металлических включений, форму зерен, потери при прокаливании;
- один раз в квартал - устойчивость структуры против распадов, содержание сернистых и сернокислых соединений, содержание сульфидной серы, содержание оксидов марганца и железа, прочность, насыпную плотность;
- один раз в год - морозостойкость щебня и значение удельной эффективной активности естественных радионуклидов.
Значение удельной эффективной активности естественных радионуклидов, устойчивость структуры против распадов, содержание сернистых и сернокислых соединений и сульфидной серы, оксидов марганца и железа, прочность и морозостойкость определяют также каждый раз при изменении сырья или технологии производства щебня и песка.
5.5 Отбор и подготовку проб щебня для контроля качества на предприятии-изготовителе проводят в соответствии с ГОСТ 8269, песка - ГОСТ 8735.
5.6 Партию щебня и песка считают принятой по результатам приемосдаточных и периодических испытаний, если значения показателей соответствуют требованиям настоящего стандарта.
При неудовлетворительных результатах испытаний хотя бы по одному из показателей, по этому показателю проводят повторные испытания. Результат повторного испытания является окончательным.
5.7 Количество поставляемого щебня и песка определяют по массе или объему.
Массу щебня и песка, отгружаемых в вагонах или автомобилях, определяют взвешиванием на железнодорожных и автомобильных весах, отгружаемых на судах - по осадке судна.
Объем щебня и песка в транспортном средстве определяют обмером.
Пересчет количества щебня и песка в партии из единиц массы в единицы объема производят по значению насыпной плотности, определенной во влажном состоянии на момент отгрузки.
Объем щебня и песка у потребителя должен быть определен с учетом коэффициента уплотнения, установленного по согласованию изготовителя с потребителем в зависимости от дальности транспортирования, но не более 1,10.
5.8 Каждая партия щебня и песка должна сопровождаться документом о качестве, в котором указывают:
- наименование предприятия-изготовителя и его адрес;
- номер и дату выдачи документа;
- наименование и адрес потребителя;
- номер партии и количество щебня (песка);
- номер вагона или номер судна и номера накладных;
- зерновой состав (модуль крупности) щебня (песка);
- содержание зерен пластинчатой и игловатой формы;
- марку по дробимости и морозостойкости щебня;
- потери при прокаливании;
- содержание оксидов железа и марганца, содержание сульфидной серы;
- устойчивость структуры против силикатного и железистого распадов;
- содержание сернистых и сернокислых соединений;
- содержание пылевидных частиц, а для щебня (песка) из отвальных шлаков и содержание глины в комках;
- содержание металлических включений;
- удельную эффективную активность естественных радионуклидов в щебне (песке).

6. 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.
Поправка. ИУС 10-96.
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.

7. 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.

Приложение А
(информационное)

БИБЛИОГРАФИЯ

В зависимости от происхождения пористые заполнители делят па природные и искусственные . Природные заполнители получают путем рассева или частичного дробления и рассева пористых горных пород вулканического или осадочного происхождения.

К заполнителям вулканического происхождения относят и из пемзы, вулканического шлака и вулканического туфа. Заполнителями осадочного происхождения являются: щебень и песок из пористых известняков и доломитов, известняков-ракушечников, известковых туфов, диатомита, трепела и др. Искусственные заполнители получают путем термической обработки силикатного сырья с последующим дроблением и рассевом, разделяют на две подгруппы: отходы промышленности и специально изготовленные заполнители. Заполнители -отходы промышленности - щебень и песок из топливных шлаков, а также из отвального металлургического шлака. К специально изготовленным заполнителям относят: керамзитовый гравий и песок, гравий полый керамический, аглопоритовый щебень и песок, шлаковую пемзу, гранулированный доменный шлак, щебень и песок из вспученных перлита и вермикулита и др. Важнейшими характеристиками пористых заполнителей являются их объемная масса и прочность при сжатии.

Из применяемых для легких бетонов пористых заполнителей наиболее экономичными являются природные в том случае, когда не требуется их транспортировка (местные материалы). Однако в большинстве случаев значительно больший эффект применения в легких бетонах имеют искусственные заполнители.

Керамзитовый гравий (керамзит) представляет собой пористый материал округлой формы с оплавленной поверхностью, получаемый в результате вспучивания глин при обжиге. Аглопоритовый щебень (аглопорит) - пористый кусковой материал, получаемый методом спекания на решетках агломерационных машин различного силикатного сырья. После спекания отходов от переработки и сжигания угля, а также глинистого сырья, на агломерационных решетках образуется пористая глыба, которая и подвергается дроблению и рассеву. Аглопоритовый щебень имеет объемную массу (в куске) от 700 до 1500 кг/м3, а предел прочности при сжатии от 1,96 до 9,8 МН/м2 (20 до 100 кГ/см2). Щебень должен выдержать не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Преимуществом аглопоритового щебня по сравнению с керамзитом является более широкое распространение исходного сырья. Однако этот щебень отличается значительной открытой пористостью, что требует большего расхода цемента, чем в бетонах на керамзитовом заполнителе, и повышает объемную массу бетона.

Щебень из металлургического пористого шлака (шлаковая пемза или термозит) - каменный материал с равномерной пористой структурой, напоминающий природную пемзу. Этот заполнитель получают путем поризации при быстром охлаждении водой расплавленных шлаков (обычно доменных) с последующим дроблением их и рассевом. В соответствии с ГОСТ 9760-61 щебень из пористого металлургического шлака в зависимости от насыпной объемной массы делят на марки: 400 - с объемной массой менее 400 кг/ж3, 600 - с объемной массой 401 - 600 кг/м3 и 800 - с объемной массой 800 кг/м3. Предел прочности при сжатии щебня во всех случаях составляет 2,4-14,7 МН/м2 (25-150 кГ/см2) (о шлаковой пемзе см. в IV гл.). В качестве заполнителя для легких бетонов часто используют также гранулированный доменный шлак, представляющий собой пористый материал, получаемый путем полусухой или мокрой грануляции шлака.

Вспученный перлит - высокопористый каменный материал, получаемый путем нагрева до 850-1250° С изверженной водосодержащей горной породы -перлита. При нагревании перлита он вспучивается, увеличивается в объеме до 20 раз. При крупности зерен щебня вспученного перлита от 5 до 20 мм насыпная объемная масса его находится в пределах 300-500 кг/м3. Вспученный перлит является наиболее легким заполнителем для бетонов с пределом прочности при сжатии от 4,9-14,7 МН/м2 (50-150 кГ/см2) (см. о вспученном перлите в XIII гл.).

Вспученный вермикулит - пористый материал в виде чешуйчатых частиц, получаемый путем обжига дробленой горной породы-вермикулита при температуре 800-1000° С. При нагревании вермикулита происходит его дегидратация, сопровождаемая вспучиванием, при котором его объем увеличивается в 15-20 раз и более.

Объемная насыпная масса щебня и песка, получаемых из вермикулита, зависит от качества породы и технологии вспучивания ii составляет 60-400 кг/м5. Вспученный вермикулит применяют обычно в тех же целях, что и вспученный перлит. Подбор состава легких бетонов на пористых заполнителях. Подбор состава легких бетонов на пористых заполнителях заключается в том, что экспериментальным путем находят количество исходных материалов, обеспечивающих необходимую удобоукладываемость бетонной смеси, прочность и заданную объемную массу затвердевшего бетона.