5.2 Заполнители из металлургических шлаков
Шлаковые заполнители для бетонов по величине плотности могут быть: тяжелыми (более 1000 кг/м3), легкими (менее 1000 кг/м3), а по крупности зерен – мелкими (менее 5 мм) и крупными (более 5 мм).
Шлаковый щебень получают дроблением отвальных металлургических шлаков или специальной обработкой огненно-жидких шлаковых расплавов (литой шлаковый щебень). В основном применяют отвальные шлаки, сталеплавильные, а также медеплавильные, никелевые и другие шлаки цветной металлургии.
При производстве литого шлакового щебня, как одного из наиболее эффективных заполнителей, огненно-жидкий шлак из шлаковозных ковшей сливается слоями толщиной 250-500 мм на специальные литьевые площадки. Расплав охлаждается на воздухе до 800оС, и затем его охлаждают водой, после чего, дробят и фракционируют.
Физико-механические свойства литого шлакового щебня:
средняя плотность – 2200-2800 кг/м3;
истинная плотность – 2900-3000 кг/м3;
предел прочности при сжатии – 60-100 МПа;
водопоглощение – 1-5%;
насыпная плотность – 1200-1500 кг/м3.
Литой шлаковый щебень характеризуется высокой морозостойкостью и жаростойкостью, а также сопротивлением истиранию.
Наряду с плотными заполнителями получают и пористые (образуемые из расплавов с большим газонасыщением). Прочность пористых шлаков составляет 2,5-40 МПа, средняя плотность в куске – 400-1600 кг/м3, насыпная плотность 800 кг/м3 и менее.
Кроме этого отвальные шлаки и минеральный порошок из сталеплавильных шлаков используют при изготовлении асфальтобетона для верхних слоев дорожных одежд. Асфальтобетонные покрытия со шлаковым заполнителем характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к истиранию, большим коэффициентом сцепления. Также эти покрытия отличаются повышенным сопротивлением ударным нагрузкам при положительных и отрицательных температурах, большей теплостойкостью, чем асфальтовый бетон на природных минеральных заполнителях.
Гранулированный шлак применяется в бетонах как мелкий заполнитель. По зерновому составу он соответствует крупному песку. Насыпная плотность граншлака зависит от свойств шлакового расплава и технологии грануляции и составляет 600-1200 кг/м3.
Шлаковая пемза – один из наиболее эффективных видов искусственных пористых заполнителей. Пемзу получают поризацией шлаковых расплавов в результате их быстрого охлаждения водой, воздухом, паром, а также воздействием минеральных газообразователей. Поризация расплава происходит при перенасыщении его газами, которое наступает вследствие понижения их растворимости и кристаллизации охлаждаемого расплава.
Особенности структуры шлаковой пемзы зависят от свойств и состава поризуемого расплава, от природы газов и их количества. Исходные расплавы могут иметь различный химический состав, однако должны быть устойчивы ко всем видам распада, должны иметь температуру не менее 1250оС, вязкость при этом не должна превышать 5 Па*с.
Технология производства шлаковой пемзы может осуществляться следующими способами: брызгально-траншейным, бассейновым, вододутьевым и гидроэкранным.
Наиболее простым и высокопроизвордительным является брызгально-траншейный. Недостатками являются неравномерная пористость, неоднородность, а также необходимость больших площадей под траншеи.
Вододутьевой (струйный) способ заключается в дроблении шлака и перемешивания 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. Затем полученные глыбы пористого материала дробятся и рассеиваются на фракции.
Наиболее эффективным является гидроэкранный способ, основанный на резком охлаждении шлакового расплава в системе последовательно установленных гидрожелобов, гидромониторных насадок, через которые подается вода. Между гидрожелобами установлен экран.
Шлаковую пемзу выпускают в виде щебня фракций 5-10, 10-20, 20-40 и песка. В зависимости от насыпной плотности, шлаковую пемзу делят на марки (кг/м3): для щебня – 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900; песка – 600, 700, 800, 900, 1000. Морозостойкость щебня из шлаковой пемзы должна составлять не менее 15 циклов. Применяют как заполнитель для легких бетонов с широким диапазоном по плотности и прочностным показателям.
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.