Шлакоцемент и вяжущие на основе шлака

Шлак
В связи с появлением в свое время в металлургии большого количества шлака (продукта, полученного вместе с чугуном в доменной печи в виде расплава) производители металлопродукции стали активно искать ему применение. Так постепенно догадались использовать доменный шлак в производстве бетона. Так простой отход металлопроизводства стал весьма ценным продуктом.
На сегодня он очень широко применяется в производстве гранулированного доменного шлака, смешанного (многокомпонентного) цемента, гидравлических закладок, монолитного и конструкционного бетона, асфальтобетона, гранулированного заполнителя, минеральной ваты, кровельного материала, стекла, проведения оструктуривания почвы и много другого.
После всего перечисленного не трудно заметить, насколько перспективным материалом в производстве строительных материалов стал сегодня шлак.
Получение шлака
Чаще всего современный доменный шлак определяют как «неметаллический продукт, состоящий в основном из силикатов и алюминатов кальция, полученный вместе с чугуном в доменной печи в виде расплава». И это очень точное определение.
Для производства чугуна в доменную печь загружают железную руду, флюсовый камень (известняк и/или доломит) и кокс. На выходе из печи получается расплавленный чугун и шлак.
Химические свойства шлака
Шлаковые массы состоят в основном из кварца и оксидов алюминия (от железной руды) и оксидов кальция и магния (от флюсового камня). Из печи шлак выходит в расплавленном состоянии (температура расплава более 1480°C).
Существует четыре основных способа обработки расплавленного шлака: охлаждение воздухом, быстрое охлаждение холодной водой (вспучивание шлака), дробление и помол. При каждом из данных методов обработки получается уникальный шлаковый материал, обладающий отличительными свойствами.
Основные составляющие доменного шлака – кварц, оксиды алюминия, кальция и магния, на которые приходится 95% всего состава шлака. Остальные 15% – марганец, соединения железа и серы и следовое количество других элементов.
Химический состав шлаков варьируется в очень узких пределах, поскольку все сырье, загружаемое в доменную печь, очень тщательно отбирается и смешивается.
Физические характеристики шлака (вес, размер частиц, структурные свойства и т. д.) различаются в зависимости от метода обработки расплавленного шлака. Соответственно, конечное применение обработанного шлака также различается в зависимости от метода обработки.
Продукция из шлака
Процесс переработки и использования вторичных ресурсов в последнее время и у нас, и в мире стремительно набирает обороты. И сферой, где утилизированные промышленные отходы (шлаки) представлены наиболее сильно, является сегодня, конечно же, производство стройматериалов. Так во многих районах страны из шлака построены многоэтажные дома, промышленные здания, возведены мосты и плотины, проложены ленты автострад.
Сегодня в большинстве стран воздушно охлаждаемые металлургические шлаки в основном перерабатываются на щебень, применяемый в качестве балласта при строительстве железных дорог, а также используют как заполнитель при сооружении аэродромных покрытий и автомобильных дорог.
Асфальтобетонные покрытия с применением шлака характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к истиранию, большим коэффициентом сцепления, отсутствием деформаций. Вся продукция шлакопереработки экономически выгодна. Например, шлаковый щебень в 1, 5-2 раза дешевле природного и требует в 4, 5 раза меньше капиталовложений. Шлаковая пемза в 3 раза дешевле керамзита и требует в 1, 5 раза меньше капиталовложений.
Шлакоцемент
Основным видом промышленной продукции, производимой на основе металлургических шлаков, является шлакоцемент (или шлакопортландцемент). Он представляет собой гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера и гранулированного шлака.
Содержание шлака в шлакопортландцементе по ГОСТу должно составлять не менее 21% и не более 60% массы цемента.
Шлакопортландцементы широко применяются в настоящее время для общих строительных работ, для гидротехнических сооружений и для сборных железобетонных изделий (например, бетонные трубы). По прочности они не уступают обычному портландцементу, но нуждаются в более тщательном уходе при повышенных и пониженных температурах.
Вяжущие на основе шлаков и шлакозаполнитель
В последние годы наблюдается, однако, несмотря на все перечисленные выше положительные качества шлакоцемента, падение спроса на него. Причина кроется в уменьшении использования доменных гранулированных шлаков цементной промышленностью.
Поэтому приобретает большое значение расширение масштабов производства шлакового заполнителя, в том числе шлаковой пемзы, которая является заменителем керамзита, а также литого шлакового щебня для тяжелых бетонов.
Важно знать, что бетоны с заполнителем из доменных гранулированных шлаков отличаются рядом преимуществ перед традиционными бетонами. Доменный шлак в составе портландцементного бетона выполняет функцию активного заполнителя, т. е. его поверхностный слой реагирует с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидролизе алита. При этом образуется дополнительное количество гидросиликатов кальция, которые создают чрезвычайно прочную связь заполнителя с цементной основой, полностью исчезают капиллярные каналы.
В итоге мы получаем значительное повышение коррозионной стойкости бетона с активным заполнителем по сравнению с традиционными составами в большинстве агрессивных сред, в том числе даже против такого грозного вида химической агрессии, как кислотная.
Кроме того, благодаря специфической структуре и отсутствию микрозазоров на границе раздела вяжущего и заполнителя, такие бетоны обладают отличительными физико-механическими характеристиками. Именно этим обусловлено широкое применение бетонов на шлаковом заполнителе.
В России шлаковый заполнитель используется еще сравнительно редко, поэтому имеется отличная перспектива расширения производства бетонов на шлаковом заполнителе, что позволит приостановить рост шлаковых отвалов в районах расположения металлургических заводов России и повысить качество строительства жилых конструкций.