Бетоны на основе металлургических шлаков

В настоящее время разработаны и применяются в строительстве разнообразные виды бетонов с применением как вяжущих, так и заполнителей на основе металлургических шлаков.

По назначению шлаковые бетоны делятся на 5 конструктивные или общего назначения; конструктивно-теплоизоляционные, применяемые при возведении ограждающих конструкций; гидротехнические; дорожные; теплоизоляционные; жаростойкие.

Твердение шлаковых бетонов возможно при обычных условиях, однако их качество значительно повышается при тепловлажностной обработке (пропаривание и особенно автоклавирование).

Обычные тяжелые бетоны. Используя шлаковые заполнители можно получить тяжелые бетоны всех классов по прочности на сжатие. При этом для пропаренных бетонов достигается прочность 10-30 МПа, а для бетонов автоклавного твердения – 30-60 МПа. Замена в тяжелых бетонах крупного заполнителя шлаковым щебнем несколько повышает прочность за счет их более развитой и активной поверхности.

Обычно бетоны на шлаковых заполнителях более жесткие и менее удобоукладываемые, чем на гранитном заполнителе, имеют более высокую прочность при растяжении и изгибе и более низкую морозостойкость, которая составляет 50-100 циклов.

Деформативные свойства шлаковых бетонов и сцепление их с арматурой аналогичны свойствам цементных бетонов на плотных заполнителях.

Мелкозернистые бетоны. Основным компонентом мелкозернистого бетона является шлаковый песок и гранулированный шлак. По данным А.В.Волженского, прочность на сжатие мелкозернистых бетонов составляет 10-40 МПа и выше. Прочность зависит от таких факторов: активности цемента; вида используемого шлака; зернового состава песка; условий твердения температуры и продолжительности тепловлажностной обработки и др. Бетоны отличаются несколько большей деформативностью.

Технология высокопрочных мелкозернистых бетонов предусматривает оптимизацию зернового состава заполнителя, интенсивное перемешивание в смесителях принудительного действия, применения эффективных способов уплотнения и твердения бетона.

Легкие бетоны. Для легких шлаковых бетонов характерны общие свойства – средняя плотность 1200-1600 кг/м³ и прочность на сжатие 5-25 МПа.

Легкими заполнителями шлаковых бетонов служат: шлаковая пемза с насыпной плотностью 500-800 кг/м³, гранулированный доменный шлак с насыпной плотностью 700-1000 кг/м³.

Структура шлаковой пемзы и гранулированного шлака характеризуются преобладанием стекловидной фазы, что объясняет меньшую теплопроводность бетонов по сравнению с керамзитобетоном и аглопоритобетоном.

Шлакопемзобетоны отличаются сравнительно высокой прочностью на осевое растяжение, имеют повышеный модуль упругости а также повышеную морозостойкость(до 600 циклов), что обусловлено особенностями структуры шлаковой пемзы.

Легкие бетоны на пористых заполнителях являются наиболее эффективными как с точки зрения удельных капитальных затрат, так и физико-механических свойств.

Шлаковая вата. Ведущей среди теплоизоляционных материалов, как по объему, так и по строительно-техническим свойствам является шлаковая вата – разновидность минеральной ваты.

Для получения минеральной ваты наряду с доменными шлаками применяются также ваграночные, мартеновские и шлаки цветной металлургии.

Химический состав шихты (расплава) должен соответствовать оптимальной величине вязкости расплава, которая не должна превышать 0,5 Па*с при температуре 1500^оС и 1,5 Па*с при 1400^оС. При такой вязкости обеспечиваются достаточная текучесть и необходимые условия получения кондиционного минерального волокна.

Основным критерием качества шлаков, как сырья для производства минеральной ваты, является значение модуля кислотности (обратная величина модуля основности). Минеральная вата высшей категории марки 100 по средней плотности имеет М_к=1,4, а марки 75 – М_к=1,5.

Наиболее применимыми для производства минеральной ваты являются кислые шлаки Такие шлаки более устойчивы против распада, недопустимого в минеральной вате. Повышение содержания кремнезема расширяет температурный интервал вязкости, т.е. разность температур, в пределах которых возможно волокнообразование. Модуль кислотности шлаков корректируется введением в шихту кислых и основных добавок.

Вату в зависимости от назначения изготавливают трех типов:

А – плиты повышенной жест кости, плит горячего прессования, полусухого прессования марки 200 и других изделий на синтетичес ком связующем;

Б – плиты марок 50, 75, 125, 175, цилиндры, полуцилиндры на синтетическом связующем, маты, шнуры и волокна;

В – плиты на битумном связующем.

Технические показатели ваты указаны в таблице. Содержание органических веществ в вате должно быть не более 2%.Допустима изоляция поверхностей с температурой не более 700^оС.

Таблица

Шлаковое литье. Из металлургических шлаков отливают разнообразные изделия: камни для мощения дорог и полов промышленных зданий, тюбинги, бордюрный камень и др. Литые изделия из шлакового расплава экономически более выгодные, чем каменное литье.

В производстве литых изделий применяются расплавы не распадающихся, обычно кислых доменных, мартеновских, медеплавильных и других шлаков. Огненно-жидкие шлаки загружают в специальный миксер, где они подогреваются для дегазации, а затем сливают в ковш и подают на литейную площадку к подготовленным формам. При затвердевании, кристаллизации и последующем охлаждении отливок усадка составляет 7% объема, что вызвано уменьшением температуры и фазовыми превращениями. Неравномерное распределение температур, колебания химического состава приводят к возникновению напряжений, которые превышать предел прочности на растяжение и приводить к образованию трещин. Термические напряжения в изделиях снимают в специальных печах для кристаллизации и отжига.

Шлакоситаллы. Это разновидность стеклокристаллических материалов, полученных направленной кристаллизацией стекол. Шлакоситаллы могут широко применяться в строительстве как конструкционные и отделочные материалы, обладающие высокой прочностью, износостойкостью и химической стойкостью.

Шлаковое стекло готовят в два этапа: 1) сырье предварительно варят в конвертере, где смешивается жидкий шлак и другие сырьевые компоненты; «) полученная стекломасса осветляется в ванных печах. Для придания цвета, например, белого или серого в состав стекла вводят оксид цинка, голубых оттенков – оксид хрома, черного – сульфиды железа и марганца. Поверхность шлакоситаллов может окрашиваться цветными керамическими красками.

Шлакоситаллы отличаются от большинства строительных материалов более высокими физико-механическими свойствами. Так, их прочность в несколько раз превышает прочность исходного стекла и близка к прочности стали (500-650 МПа). Особенно высокими являются показатели химической стойкости и стойкости к истиранию. этот материал можно подвергать различным способам механической обработке: шлифовке, полировке, резке, сверлению, закалке.