Фундамент из шлака

Фундамент из шлака

Специфика материала

Предугадать, какая прочность будет у фундамента из шлака, довольно сложно, так как пропорции компонентов, находящихся в отходах металлургических предприятий, никто в точности не определяет. В одной привезенной партии сыпучего материала может присутствовать неоднородность, связанная с неравным количеством остатков металлической и цементной крошки, либо других вкраплений. Данный факт влияет на то, что в одинаковых условиях эксплуатации, и даже под одним домом, возведенный фундамент может вести себя совершенно по-разному.

Кроме того, в нормативах нет описания алгоритма расчета шлакового фундамента, а также четкой технологии его укладки. Мастера руководствуются собственным опытом или подсказками приятелей. Но это далеко не всегда приводит к положительным результатам.

Шлак от воздействия с водой способен разрушаться, поэтому его не следует использовать на участке застройки с высоким уровнем подземных вод. По той же причине фундамент, возведенный на сухом грунте, требует усиленной гидроизоляции, но уже для защиты от дождевых и талых вод. Кроме того, следует заранее позаботиться и о дренажной системе, отводящей влагу от подземной конструкции во избежание образования застойных процессов.

Несущая способность фундамента из шлака имеет недостаточный показатель, требующийся для удержания капитальных домов, хотя известно немало случаев его удачного возведения под дачными и относительно легкими жилыми строениями.

Использовать шлак при устройстве фундаментов категорически не допускается в сейсмически активных регионах. Не стоит даже сомневаться в том, что подземная конструкция не выдержит толчкообразных подвижек грунта и разрушится. Для территорий, входящих в зону риска из-за возможных землетрясений, предусматриваются специфические конструктивные схемы строительства.

Какой шлак выбрать

Для устройства фундаментов подходят единичные виды шлаков. Их свойства определяются в зависимости от нескольких составляющих, основными из которых являются:

  • химический состав;
  • режим охлаждения;
  • первичность обработки;
  • величина зерен.

Шлаки образуются в процессе выплавки черных или цветных металлов, в результате сжигания топлива на теплоэлектроцентралях, при производстве удобрений, в частности фосфорных, и т.д. От специфики производства, на котором был получен материал, складывается его химический состав и пропорции составляющих. Фундаменты закладывают из тяжелого отвального шлака, сформированного на металлургических или сталелитейных заводах.

Производственные отходы, образующиеся на ТЭЦ или предприятиях химической промышленности, использовать не допускается.

О примерном составе шлака можно судить по его цвету. Например, серый оттенок показывает наличие цемента, зеленоватый или черный получается в процессе плавки цветных металлов, а голубоватый указывает на факт присутствия марганцевых вкраплений. Внешняя оценка шлака производится, также, по размеру зерен и количеству крупных кусков. Структура материала должна быть рассыпчатой, а фракция – составлять менее 5мм. При поливке водой, мелкие частички содействуют лучшей трамбовке шлака, что уменьшает пористость будущей конструкции фундаментной глыбы.

Шлак с примесью цемента, подвергшийся повторной обработке, теряет возможность схватывания и застывания в связи с максимальной потерей вяжущего компонента. По этой причине, монолита из него никогда не получится. В идеале, в шлаке должно находиться около трети цементной пыли, что важно для правильного затвердения утрамбованной массы.

При устройстве фундаментов рекомендуется использовать горячий шлак, точнее теплый, но еще дымящийся. Именно из такого материала получаются конструкции, обладающие хорошей несущей способностью. «Свежий» шлак обладает рассыпчатой структурой без присутствия комков, что является лучшим решением.

При необходимости хранения шлака на открытом воздухе необходимо помнить о том, что под влиянием дождя или высокой влажности материал начинает затвердевать. Верхняя корка может оказаться довольно прочной, и для ее раздробления потребуется приложить немалую силу, чтобы освободить часть пригодного для использования материала. Поэтому привезенный и ссыпанный до поры до времени шлак следует до начала рабочего процесса оградить от воздействия влаги.

Устройство шлакового фундамента

Исходя из вышесказанного, можно отметить, что:

  • на шлаковом фундаменте не стоит возводить тяжеловесные строения;
  • структура затвердевшего шлака по периметру ленты может быть неоднородной;
  • материал нельзя подвергать замачиванию до начала проведения работ;
  • подобрать качественные отходы металлургического производства, надеясь на внешние признаки, достаточно сложно;
  • готовая конструкция боится воды, поэтому требует хорошей гидроизоляции.

Все эти факторы следует учитывать при возведении шлакового фундамента. Но прежде всего, необходимо выполнить подготовительные работы, заключающиеся в очистке участка от посторонних предметов, снятии плодородного слоя и перемещении его в иное место, выполнении разметки, а также выкапывании траншеи.

Для опалубки потребуется запастись цельными досками и гвоздями, а для выведения коммуникаций – обрезками труб.

Глубину закладки фундаментной ленты принимают в зависимости от показателя промерзания грунта. А траншею выкапывают с учетом устройства щебеночной подушки толщиной 30см. Для обеспечения лучшей устойчивости подземной конструкции, ее укладывают с обязательным уплотнением дна выемки и послойной трамбовкой щебня.

Снизить риск разрушения фундамента из-за подвижек грунта поможет его заглубление минимум на 1,2м. Высота траншеи, в этом случае, составит не менее 1,5м.

Опалубочный короб сбивается из расчета того, что ширина шлакового фундамента должна составить не менее 60см. При этом следует учитывать необходимость возвышения щитов над уровнем земли минимум на 25см. Для упрочнения конструкции, на короб устанавливаются внутренние и наружные распорки, а в местах выхода коммуникаций – монтируются куски труб.

Важным моментом является правильное определение положения металлических кожухов в деревянном коробе относительно канализационных и водопроводных выпусков. Несоблюдение данного условия приведет впоследствии к необходимости пробивки фундаментной ленты, что для шлакового монолита не допустимо.

В нижней части фундамента рекомендуется уложить вязаную арматурную сетку. Она позволит основанию стать единым целым и поможет равномернее распределить нагрузки. Для ее изготовления используют арматурные стержни с переменным сечением, обработанные противокоррозионным составом во избежание появления процессов ржавления металла. В теле шлакового фундамента каркас не устанавливается с целью улучшения трамбовки сыпучего материала.

Формирование ленты

Наиболее ответственным этапом при возведении фундамента является правильная засыпка шлака в траншею и тщательная трамбовка уложенных слоев.

  • Первое условие – толщина нижних и средних пластов должна составлять 20-25см, а верхние допускается увеличивать на 5см.
  • Второе условие – обильная проливка водой или цементным молочком каждого слоя. Жидкость выбирается в зависимости от содержания в шлаке вяжущих компонентов.
  • Третье условие – добросовестная трамбовка всех без исключения слоев.
  • Четвертое условие – устройство верхнего армированного пояса, обеспечивающего прочную стыковку подземной и наземной частей строения.

Пропитывание шлака водой гарантирует лучшее качество трамбовки, способствующей уплотнению пористой структуры материала. В результате происходит довольно прочное сцепление частиц. Некоторые мастера предлагают в случае малого содержания цемента в шлаке подсыпать вяжущий компонент непосредственно в траншею, вперемешку с отходами металлургического производства. Другие советуют вместо воды использовать цементное молочко. Наверняка оба способа имеют право на существование.

После укладки и утрамбовки каждого слоя делают перерыв около часа для того, чтобы начался процесс схватывания цемента. Затем приступают к засыпке следующего пласта.

Не дожидаясь схватывания последнего слоя шлака, на него укладывают арматурную сетку с заглублением нижних стержней в засыпанный фундамент. После этого конструкцию оставляют примерно на 12-16 часов. На последнем этапе выполняют верхний бетонный пояс толщиной не менее 20-30см. Для этого бетонную смесь заливают в опалубку до проектной отметки с обязательной утрамбовкой.

Устройство защиты

По окончании процесса отверждения подземной конструкции приступают к ее гидроизоляции. Следует понимать, что от качества защиты будет зависеть долговечность и надежность шлакового фундамента. Он обладает пористой структурой и быстро насыщается влагой, поэтому к изоляционным работам необходимо подойти ответственно.

Для аккуратного снятия опалубки и получения свободного доступа к поверхности конструкции, требуется освободить территорию по ее периметру. Это делается в том случае, когда откосы слишком близко располагаются к фундаменту. Если места достаточно, можно данный подготовительный этап пропустить.

Гидроизоляцию рекомендуется выполнять из двух слоев:

  • штукатурки – помогает компенсировать пористость поверхностей, заделывает микротрещины и закрывает раковины;
  • жидкой резины – создает непроницаемый, водоотталкивающий слой, равномерно распределяясь посредством напыления.

Без дополнительной защиты штукатурка не сможет гарантировать полную водонепроницаемость, так как обладает способностью к растрескиванию.

Кроме вертикальной защиты следует предусматривать два горизонтальных слоя гидроизоляции. Первый из них выполняется до засыпки шлака, а второй укладывается между верхним бетонным поясом и стеной. Для их устройства в обоих случаях используются рулонные материалы, надежность укладки которых обеспечивает битумная мастика. Необходимо помнить, что стыковка вертикальной и горизонтальной гидроизоляции должна быть герметичной.

После возведения фундаментной части не следует сразу же нагружать ее наземной надстройкой. Оптимальный срок «отдыха» конструкции составляет не менее полугода.

Советы строителям

СТЕНЫ ИЗ МОНОЛИТНОГО ШЛАКОБЕТОНА

По сравнению со стенами из легкобетониых камней стены из монолитного шлакобетона более прочны, на их устройство требуется меньше цемента, но нужна специальная
опалубка. Ее делают сборно-разборной (рис. 14) из щитов, сби­тых из досок вчетверть, и деревянных хомутов для установки и закрепления щитов на расстоянии, равном толщине стен (400— 500 мм).

При перестановке опалубки нижние элементы хомутов, вы­полненные с небольшими скосами, вынимают и устанавливают щиты на обрез фундамента, а за­тем на затвердевшие слои шлако­бетона. Отверстия, оставшиеся в стене от хомутов, заделывают шлакобетоном и тщательно уплот­няют.

Перед засыпкой в бетон шлак надо просеять на сите с ячейками 5 мм. Крупный шлак для лучшего сцепления с раствором смачивают за 2 ч до приготовления бетона. Очень мелкий, пылевидный шлак, проходящий сквозь сито с ячейка­ми 5 мм, лучше заменить обыч­ным песком.

Для приготовления шлакобе­тона используют шлак, состоящий из двух фракций: крупный (до 40 мм) и мелкий (1—5 мм) при соотношении 1 :2.

В качестве вяжущего применя­ют цемент или известь. При этом рекомендуется следующее процентное соотношение цемента и шлака в зависимости от марки цемента (по объему): мар­ки 100 — 1 : 5; марки 150 — 1 : 7; марки 200 — 1 : 8; марки 250 — 1 : 10 и марки 300 — 1 : 11.

Более сухими, теплыми и дешевыми считаются стены из бес­цементного шлакобетона, т. е. с применением в качестве вяжу­щих извести и глины. В этом случае берут 70 % шлака и добав­ляют к нему 10 % извести и 20 % глины. Предварительно шлак в течение суток замачивают в воде.

Приготовленную смесь на специальном щите перелопачивают до получения однородной массы, замешивают водой и снова перелопачивают. Одновременно готовят столько шлакобетонной смеси, чтобы ее можно было использовать в течение 45—60 мин.

Рис. 14. Конструкция пере­движной опалубки для устрой­ства монолитных шлакобетон­ных стеи:

1 — наружный щит; 2 — схватки; 3 — клинья; 4 — струбцина; 5 — внут­ренний щит; б — набнвка стен

Известковый шлакобетон твердеет дольше цементного, но со временем приобретает большую прочность. Стропила и перекры­тия на стенах из известкового шлакобетона обычно устраивают не менее чем через три месяца после их набивки. Конструкция стены из монолитного шлакобетона показана на рис. 15.

Шлакобетон укладывают в опалубку сразу после его приго­товления слоями не более 200 мм штыкуют и трамбуют. Особен­но тщательно следует уплотнять углы и места пересечения стен, а также участки возле стенок опалубки.

Стыки отдельных участков стен устраивают под углом 45° или уступами. Опалубку переставляют с таким расчетом, чтобы

Она на 50 мм перекрывала пре­дыдущий ряд. Тогда стена будет ровной, без швов на стыках.

Шлакобетонные стены под­вержены усадке, в результате чего в них могут появиться трещины. Чтобы этого не слу­чилось, рекомендуется по верху гидроизоляционного слоя в цо­коле, под и над дверными и оконными проемами, а также на уровне низа балок перекры­тия укладывать по три метал­лических стержня диаметром 4—6 мм.

Стены из шлакобетона на бесцементных вяжущих лучше возводить в теплое время года и заканчивать до наступления морозов. При сушке их необ­ходимо укрывать матами или толем, чтобы внутренние и на­ружные поверхности высыхали равномерно.

Рис. 15 Конструкция монолитной шлакобетонной стены

1 — гидроизоляция; 2 — осадочный за­зор, 3 — перемычка, 4 — осмоленная прокладка с изоляцией

Стены из шлакобетона на цементном вяжущем после возве­дения следует на протяжении Ю дней поливать водой или укры­вать мокрыми рогожками. Из-за высокой гигроскопичности шлакобетона наружные поверхности стен рекомендуется штукату­рить сложным цементным раствором, а внутренние — известко­вым. Для лучшей защиты балок перекрытия от влаги под них в шлакобетонных стенах закладывают сухие осмоленные доски. Карнизы обычно устраивают из кирпича. Оконные и дверные перемычки делают из шлакобетона более высоких марок (35— 50), армируя их металлическими прутьями диаметром 5 мм.

При бетонировании оконных и дверных откосов опалубку
устраивают из тонких досок, которые крепят к коробке при по­мощи реек.

В практике строительства широко распространены комбини­рованные конструкции стен, состоящие из кирпичных столбов и шлакобетонного заполнения. Столбы возводят по углам дома и в местах пересечения стен.

Промежутки между столбами вы­полняют из монолитного шлакобетона в передвижной опалубке.

В Нередко возникает необходимость самому определить качество це­мента. Цемент считается хорошим, если при сжатии его в кулаке, он свободно высыпается сквозь пальцы. Если же в кулаке останутся мел­кие кусочки величиной с горошину, то это свидетельствует о том, что цемент имеет пониженную прочность. Следует также учитывать, что активность вяжущего снижается при длительном хранении. При хране­нии цемента в течение трех месяцев прочность его снижается на 20, шести месяцев — на 30, а двенадцати — па 40 % (с учетом даты его изготовления). Хранят цемент в сухих местах, лучше в полиэтиленовых мешках.

Навигация:
Главная → Все категории → Дорожные одежды

Область применения шлаков
Область применения шлаков
Металлургические и фосфорные шлаки являются хорошим сырьем для производства строительных материалов. Распространение шлаков, хотя и неравномерное, по территории страны делает их применение еще более эффективным, так как снижается дальность возки материалов к объектам строительства. В наибольшей степени используют шлаки черной металлургии, особенно доменные. Более 50% доменных шлаков перерабатывают в гранулированный.
За рубежом используют сталеплавильные шлаки. В дорожном строительстве щебень из них целесообразнее использовать в асфальтобетонных покрытиях. Щебень сталеплавильных шлаков и асфальтобетон на нем имеют высокое сопротивление износу и обладают необходимыми фрикционными свойствами, обеспечивая покрытию требуемый коэффициент сцепления. Сталеплавильные шлаки с большим содержанием фосфора перерабатывают на удобрения. Ежегодный выход этих шлаков около 15 млн. т в год. Однако шлаки цветной металлургии являются ценным сырьем для получения целого комплекса металлов, которые в них остаются после извлечения основного продукта, что ограничивает их применение в строительстве. Они имеют некоторые отличия от шлаков черной металлургии. В шлаках цветной металлургии практически отсутствует окись марганца, значительно меньше окиси кальция и окиси магния. В то же время они содержат до 50% закиси железа, поэтому имеют высокую истинную плотность (2,8— 4,9 г/см3). По сравнению со шлаками черной металлургии шлаки цветной металлургии более тепло- и электропроводны. В дорожном строительстве из 1 млн. т используют около 0,7 млн. т в основном для устройства щебеночных оснований и приготовления асфальтобетонных смесей на основе щебня и песка из шлаков медно-никеле-вого производства. Шлаки фосфорного производства — менее распространенный материал по сравнению с металлургическими шлаками. При ежегодном выходе более 1,5 млн. м3 перерабатывают на строительные материалы около 0,6 млн. м3. Из этого количества для строительства автомобильных дорог используют не более 0,26 млн. м3.
Щебень и песок применяют в асфальто- и цементобетоне, в основаниях и дополнительных слоях дорожных одежд, в насыпях. Щебень получают дроблением и грохочением шлака, разработанного в отвалах по аналогии с переработкой естественных горных пород или путем медленного охлаждения слитого слоями жидкого шлака (лигой щебень). Средняя плотность литого щебня выше, чем щебня из отвалов. Выпускают щебень фракций 5 — 120 мм.
Гранулированный шлак находит широкое применение как сырье для производства гидравлических вяжущих, песок для бетонов и асфальтобетонов, в качестве теплоизоляционного материала. Гранулированные шлаки из активных доменных шлаков могут быть использованы как самостоятельное вяжущее при устройстве оснований и покрытий из грунтов и каменных материалов, обработанных вяжущими. Гранулированный шлак получают быстрым охлаждением жидких шлаков. Влажность его может достигать 10%, насыпная плотность зависит от химического состава и способа производства. В большинстве случаев она меньше 1200 кг/м3.

Только в бетонах применение шлакового щебня и песка несколько ограничено. Особенно это касается дорожных бетонов.
Однако опыт показывает, что на шлаках можно получать бетоны с пределом прочности при изгибе 5,2—6,4 МПа и с пределом прочности при сжатии 30—45 МПа.

Для приготовления бетонов использовали шлаки медеплавильного производства с содержанием 13—39% закиси железа, 31—49% окиси кремния, 8—16% окиси кальция и 10—11% окиси алюминия. Щебень, предназначенный для применения в бетоне, имел среднюю плотность 2,90 г/см3, пористость около 3—8%, водопоглощение до 1% и износ в полочном барабане около 30%. Для приготовления цементобетона использовали шлаковый щебень с размером зерен 20—40 и 5—20 мм. Расход цемента марки 500 составлял 300— 330 кг. Водоцементное отношение 0,38—0,5.
Влияние гранулированного шлака на свойства бетона проверяли на смесях, содержание гранулированного шлака в которых менялось от 0 до 100% через каждые 20%. Для сравнения были приготовлены образцы на гранитном щебне. Результаты исследования показали, что предел прочности бетона при сжатии с повышением содержания гранулированного шлака от 0 до 20% возрастает на 21—29% и при дальнейшем его увеличении практически не изменяется. Прочность бетона на кварцевом песке и щебне из шлаков составляет 70% прочности бетона того же состава на гранитном щебне. Различие в прочности можно объяснить большим содержанием стекла в шлаке и незначительной шероховатостью поверхности щебня из него. Предел прочности при сжатии составлял 39,6—28 МПа.
Предел прочности при растяжении (изгибе) практически не зависит от состава бетона и равен 6,3—5,1 МПа. Максимальное значение относится к бетону на гранитном щебне и гранулированном песке, минимальное — к бетону на щебне из шлака и 40% гранулированного шлака. Для практического использования рекомендованы бетоны с 20—60% гранулированного шлака от общего количества песка.
После испытания на морозостойкость (100 циклов) прочность относительно возраста 28 сут снизилась только у смесей с содержанием гранулированного шлака 100 и 80%.
Таким образом, опыт применения отвальных шлаков медеплавильного производства в бетоне показывает возможность его применения.
Бетоны на литом никелевом шлаке имеют более высокие механические свойства, чем бетоны на гранито-гнейсе независимо от пластичности смеси и расхода цемента, который изменялся от 200 до 400 кг на 1 м3 бетона.
Предел прочности при сжатии в соответствии с расходом цемента изменялся для бетона в возрасте 28 сут (смесь с удобоуклады-ваемостью 60 с от 24,2 до 42,7 МПа). Никелевые гранулированные шлаки, как и гранулированные медеплавильного производства, являются полноценным компонентом бетонов. Бетоны на гранулированном шлаке обладают достаточной удобоукладываемо-стью. Иногда бетоны на гранулированных шлаках имеют более высокую прочность, чем бетоны с применением местного строительного песка. Вместе с тем отмечается, что часто бетоны на гранулированных шлаках вследствие их большой крупности и угловатости зерен обладают худшими пластическими свойствами, чем на речном песке. При этом и прочность на 15—25% ниже, что приводит к необходимости применять гранулированный шлак совместно с речным песком в соотношении 1:1.
Отходы цинкового производства для бетона непригодны, так как образцы в возрасте 28 сут легко разрушались руками. Объясняется это весьма медленным схватыванием цемента, на которое оказывает влияние присутствие цинка, точнее углекислого цинка, который значительно удлиняет сроки схватывания гидравлических вяжущих. При содержании углекислого цинка около 0,3% от массы цемента наблюдается ощутимое замедление твердения бетона. Все исследованные отходы цинкового производства обладают высокой реакционной способностью.
Пемзу получают вспучиванием шлаков при быстром последующем охлаждении. Насыпная плотность пемзы менее 1000 кг/м2. Пемза может быть в виде щебня или гравия. Гравиеподобная пемза в бетонах более экономична, чем дробленая. В дорожном строительстве пемза может быть использована в основаниях дорожных одежд при ее обработке вяжущими. Такие слои выполняют роль теплоизоляционных. Используют пемзу и для приготовления легких бетонов.
Литье — брусчатка, плиты для полов и тротуаров, бордюрные камни, трубы получают из шлакового расплава по специальной технологии. Прочность литья очень высокая: предел прочности при сжатии 200—400 МПа, предел прочности при изгибе 40—50 МПа. Для сравнения следует указать прочность при изгибе бетона для автомобильных дорог, которая не превышает 5 МПа. Из шлаков получают литые тюбинги для крепления горных выработок. Работоспособность их выше бетонных тюбингов, особенно в среде с агрессивными водами. Трубы из шлакового литья используют для транспортирования абразивных сыпучих материалов.
Литье из металлургических шлаков является разновидностью каменного материала. Изделия из каменного и шлакового литья находят широкое применение в химической, угольной, горнорудной, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности, а также в строительстве, на транспорте и в сельском хозяйстве. Литые изделия эффективно заменяют металл при работе в абразивных и агрессивных условиях, бетон и железобетон — в промышленном, гидротехническом, дорожном строительстве.
При выборе сырья для получения литых изделий с заданными свойствами необходимо учитывать не только вещественный состав сырья, но и условия кристаллизации. Сырье должно иметь невысокую температуру плавления, давать хорошо заполняющий формы расплав, пределы колебаний окислов не должны превышать 3% п0 массе.

Для получения литых изделий пригодны шлаки с пониженным содержанием окиси кальция и серы. Окиси кальция должно быть менее 20%. В большинстве случаев ее количество ограничивают 10—12%.
Литые изделия из никелевых шлаков имеют предел прочности Прй изгибе 74 МПа, водопоглощение 0,13%.
Из медеплавильных шлаков были получены изделия с пределом прочности при сжатии более 100 МПа, пределом прочности при растяжении 5—10 МПа.
В ПНР из медеплавильных шлаков налажено производство брусчатки, щебня и других изделий. Брусчатка имеет предел прочности при сжатии около 150 МПа и используется для строительства дорог, улиц, промышленных площадок. Покрытия дорог из такой же брусчатки в ГДР, ФРГ и Голландии после многолетней эксплуатации находятся в хорошем состоянии.
Шлаки свинцово-цинкового производства являются также хорошим сырьем для производства литых изделий. При добавлении к шлакам, содержащим 45% кремнезема, 10% окиси алюминия, 9% окиси магния, 16% окиси кальция, 20% кварцевого песка получен шлакоситалл с прочностью при сжатии 490— 510 МПа и прочностью на изгиб 150 МПа. Сочетание высокой прочности, износостойкости и химической стойкости во всех агрессивных средах позволяет использовать эти материалы в различных отраслях народного хозяйства. Литые изделия из шлаков свинцового производства обладают следующими механическими свойствами: предел прочности при сжатии 170—230 МПа, микротвердость 6000—7000 МПа.
Минеральный порошок для приготовления асфальтобетонных смесей готовят по технологии, разработанной применительно к производству порошка из естественных горных пород. При этом следует обращать внимание на необходимость отделения металла.
Основным видом продукции является гранулированный шлак и щебень. Шлаковое вяжущее для производства бетонов, обработки каменных материалов и грунтов готовят из гранулированных и отвальных шлаков. Практически все шлаки пригодны для производства вяжущих веществ. Однако для получения максимального эффекта необходимо подбирать оптимальный состав вяжущего и оптимальные условия его твердения. Это можно сделать с помощью классификации шлаков как сырья для получения вяжущих. В классификации шлаки расположены по убыванию их активности: от шлаков, требующих малых добавок активизаторов твердения и невысоких температур (20—100 °С), к малоактивным, требующим повышенных дозировок активизаторов твердения и обработки при высоких давлении и температуре (150—200 °С).
Очень часто в качестве активизаторов выступает цемент, известь. Для ускорения схватывания добавляют гипс. Наиболее широко используют для приготовления гидравлических вяжущих шлаки черной металлургии. Шлаки цветной металлургии можно использовать для приготовления вяжущего автоклавкого твердения. Молотый шлак 70—80%, известь или цементный клинкер 15—25%, гипс 5% дают вяжущее, на основе которого получают бетон марок 100—400. Из шлаков можно получить известково-шлаковый цемент активностью до 15,0 МПа.

Контроль качества облегченных покрытий

Навигация:
Главная → Все категории → Дорожные одежды

Когда о чем-нибудь хотят сказать, что оно никуда не годится, говорят: это — шлак. Так называются отходы, которые получаются после того, как в доменных печах сварят чугун. Отходов этих бывает очень много, — целые железнодорожные составы едва успевают их увозить с территории, окружающей доменную печь.

Было время, когда считалось, что шлак ни для чего применить нельзя, и его выбрасывали на свалку. Поэтому-то и само слово «шлак» стало нарицательным.

Что же представляет собою шлак, получивший столь незавидную известность?

Если бы нашелся такой смельчак, который решился, несмотря на тысячеградусную температуру, заглянуть в доменную печь в тот самый момент, когда из нее собираются выпускать расплавленный металл, его глазам предстала бы такая картина: жидкий чугун весь собрался на самом дне печи, похожей на огромный глубокий колодезь, а на его поверхности, как это бывает при варке жирного супа, плавает еще какая-то пена. Однако пена эта вовсе не такая безобидная, как та, что мирно бурлит на поверхности кастрюли с супом.


Железнодорожные составы едва успевали увозить шлак.

Так выглядит шлак.

Из кратера вулкана начинают вырываться газы и огненная лава.

Это и есть огненно-жидкий шлак. Состоит он из тех самых веществ, которые встречаются в горных породах, в песке, глине и цементе.

Однако возникает вопрос: если в шлаке имеются такие ценные примеси, почему же его выбрасывали на свалку?

Справедливость требует сказать, что попыток найти полезное применение для шлака было не так уже мало. Еще в прошлом веке обратили внимание на одно очень интересное обстоятельство. Если шлаку не дать остынуть и превратиться в твердое состояние, а прямо из доменной печи вылить его в воду, он немедленно начнет шипеть, потом растрескиваться и, в конце концов, распадется на отдельные зерна — гранулы.

Какое найти им применение? К этой мысли ученые возвращались вновь и вновь.

Из шлака попробовали делать щебень. Но он оказался слишком тяжелым, и от него отказались. Потом решили попытаться приготовить с помощью шлака цемент. Попытки эти увенчались успехом. Из отходов, получающихся во время варки чугуна, стали делать один из лучших каменных клеев. Его назвали шлако-портландцементом.

Затем кому-то пришла в голову мысль: а почему бы не попробовать сделать из шлака блоки — этакие большие кирпичи, из которых можно было бы складывать дома так же, как это делают из обыкновенных кирпичей? Приготовили специальные формы, в которые стали разливать шлак. А когда он застывал, блоки вынимали из форм и отправляли на стройки. Дома получались такие же, как из кирпича. Только были они тяжелее кирпичных.

Стали искать способы, как бы облегчить шлаковые кирпичи. Но как ни пытались, ничего не получалось. Противники шлака предлагали прекратить бесполезную трату времени и отказаться от мысли, что из него удастся сделать кирпичи полегче.

Но у шлака оказалось много сторонников. Они утверждали, что, после того, как сделано больше чем полдела, было бы безрассудством не довести его до конца. И поиски ключа, который позволил бы полностью раскрыть тайну шлака, продолжались.

После долгого и внимательного изучения ученые пришли к заключению, которому суждено было сыграть самую важную роль в решении дальнейшей судьбы шлака. Заключение это было коротко и просто. «Шлак, — сказали они, — это то же самое, что огненная лава, которая бьет, клокочет и с шумом вырывается из кратера во время извержения вулкана». Только когда речь идет о вулкане, люди имеют дело со стихийным явлением природы, которое нельзя остановить или, наоборот, заставить действовать тогда, когда это нам наиболее удобно. Домна же — это вулкан «ручной», и ее можно заставить делать то, что захочет человек.

Вулканическая лава, бьющая из кратера, всегда бывает насыщена газами. Стоит только лаве с невероятной силой вырваться из заточения, в котором она находилась глубоко под землей, как неизменно сопутствующие ей газы, почувствовав свободу, быстро начинают расширяться. Под действием их лава закипает и вспенивается бесчисленным множеством пузырьков. Так бывает, когда открывают бутылку с каким-нибудь шипучим напитком. А потом лава начинает медленно застывать. И тогда на поверхности земли, недавно еще содрогавшейся от ударов, похожих на раскаты грома, вместо огнедышащего потока, сжигавшего всё на своем пути, остается камень.

Вы берете его в руки и поражаетесь необыкновенной легкости. Про него говорят, что он почти невесом. И это недалеко от истины.

Камень этот — пемза. Он в пять раз легче воды и гораздо легче дерева. Он прочен и хорошо сохраняет тепло. Поэтому строители не раз думали, как было бы хорошо, если б они могли строить дома из пемзы. Но камень этот в природе встречается очень редко, и от мысли возводить из него здания пришлось отказаться.

Однако если нельзя найти достаточно пемзы в природе, то почему бы не научиться приготовлять ее искусственным способом? Этот вопрос многие задавали себе часто. И, думая об этом, всякий раз первым делом вспоминали о шлаке.

В разное время в некоторых странах сделали даже попытки «вспенить» шлак и заставить его стать таким же легким и пористым, как пемза. Для этого шлак прямо из домны выпускали в глубокую яму, дно которой устилали влажным песком. Однако ничего из этой затеи не выходило. И застывший шлак не напоминал пемзу.

Тогда решили попробовать раскаленную пену направлять из печи в желоб, по которому всё время текла холодная проточная вода. Но и из этого тоже ничего не получилось: шлак вспенивался не весь, а поры выходили большие.

Пробовали из него снова делать блоки. Но они оказывались такими же тяжелыми, как и те, что получались прежде.

В 1948 году два инженера, работавшие в научно-исследовательском строительном институте, попытались решить задачу, которая всё еще оставалась нерешенной. Однако одно дело — быть самим в чем-то уверенным, иное — убедить других в том, что решение, предлагаемое ими, правильно. Инженеры хорошо понимали это. И всё же печальная история предыдущих попыток не остановила их. Они были убеждены, что тщательно разработали свой план, и смело принялись его осуществлять.

План же этот заключался вот в чем. Расплавленный шлак вместе с холодной водой должен был направляться через воронку в центр специально построенной установки, похожей на большой вентилятор.

Попав на быстро вращающиеся лопасти «вентилятора», воде и жидкий еще шлак немедленно разбрызгивались. Вода вспенивала шлак и тут же испарялась. Шлак же, ставший уже пористым, подхваченный сильной воздушной волной, пролетев по воздуху полтора-два метра, падал остывший на металлическую плиту.

Казалось, теперь-то он обязательно превратится в камень, похожий на пемзу. Однако инженеров ожидало глубокое разочарование. Комья, упавшие на плиту, получались такими же тяжелыми, как и прежде. А иногда они вдруг начинали звенеть, как стекло, так что никакой речи о том, чтобы из них делать блоки, и не могло быть.

«Как же быть? — размышляли инженеры,— Как найти ошибку, из-за которой рушился весь разработанный с такой тщательностью план?»


Из доменного шлака решили попробовать приготовить бетон…

Вес шлака стал сразу втрое легче.

— Может быть,— высказал предположение один из них, — всё дело в том, что шлак брали остывший и потом его снова плавили? Не попробовать ли направить в «вентилятор» шлак прямо из домны?

Мысль эта всем понравилась, и было решено установку переделать так, чтобы ею было удобно пользоваться вблизи доменной печи.

И вот, спустя почти пять лет после начала опытов в институте, их стали продолжать на металлургическом заводе. Новую установку поместили так, чтобы не мешать людям, варившим чугун. Поэтому шлак приходилось доставлять к ней в ковшах-вагонетках, в которых обычно развозят расплавленный чугун.

После того, как все приготовления были закончены, запустили машину и из опрокинутого ковша на ее вертящиеся лопасти потекла расплавленная струя.

Машина работала исправно, всё шло как будто хорошо, и присутствующим не терпелось скорее посмотреть, каков будет теперь результат.

Наконец вентилятор остановили и люди бросились подбирать куски остывшего шлака. По наружному виду к нему как будто никаких претензий предъявить было нельзя. Комья хорошо вспенились, и, взяв их в руку, сразу можно было заметить, что они стали гораздо легче. Их собрали и положили на весы. И оказалось, что шлак действительно стал вдвое легче. Но всё-таки он еще оставался тяжелее пемзы.

Один из инженеров попробовал сыпать в расплавленный шлак угольную пыль и известь, надеясь, что газ, который начнет при этом выделяться, сделает шлак еще более пористым и легким. Однако всё было напрасно, — вес комьев не уменьшался ни на один грамм.

Опыты продолжались. И вдруг кубометр вспененного шлака вместо тысячи ста килограммов стал весить только семьсот.

Все наперебой стали поздравлять инженеров. А они от растерянности не знали даже, что сказать в ответ, — настолько это было неожиданно.

Наконец, объяснение странного происшествия было найдено. До сих пор подававшийся для опытов шлак имел температуру 1 300 градусов. У того же, который доставили в последний раз, она случайно оказалась на сто градусов больше. И какой это сразу дало скачок!

Теперь всё было понятно. Значит, самое главное — в температуре. А раз так, то и переработку шлака надо вести поближе к доменной печи, чтобы он не успевал остывать. Однако это помешало бы варить чугун. Получался заколдованный круг: температура шлака должна была быть не меньше тысячи четырехсот градусов, но получать такой шлак было невозможно.

Что же оставалось делать? Бросить опыты и отказаться от всего, когда цель казалась уже такой близкой?

«Нет, — твердо решили инженеры. — Поступить так было бы безрассудством».

И они погрузились в поиски способа, который дал бы возможность получать шлак нужной температуры, не приближая свою установку к доменной печи.

Однажды, это было уже на другом заводе, где инженеры продолжали свои опыты, им посоветовали прибавить в воду, с которой смешивали шлак, чуть-чуть мела. Тогда он будет вспучиваться не только от пара, получавшегося при соприкосновении v холодной воды с расплавленной массой, но и от газа, который мел вызовет к жизни.

Предложение это инженерам очень понравилось. И они решили так и сделать.

Результат сказался сразу. Комья шлака равномерно были пронизаны мелкими порами. И самое главное — он стал втрое легче, и теперь вес его был такой же, как вес пемзы. Теперь шлак можно примешивать к бетону вместо гравия или щебня. И польза получается превеликая, — искусственный камень от этого становится на одну треть легче.

Шлаковый щебень содержит некоторое количество мелочи, которое значительно возрастает при укатке во время сооружения дорожного полотна. Порошкообразные сталеплавильные и доменные шлаки являются низкомарочными вяжущими и способны создавать монолитное основание дороги, прочность которого значительно повышают небольшие добавки цемента и извести в качестве активизатора.

В зависимости от требований к прочности и долговечности устраивают одно- или двухслойные основания из шлаков. Наибольшая толщина слоя — до 20 см — при крупности материала до 110 мм; до 16 см — при крупности материала до 70 мм. Наименьшую толщину слоя устанавливают с таким расчетом, чтобы размер самой крупной фракции составлял не более 0,7–0,75 толщины слоя.

В зависимости от крупности фракционированный шлаковый щебень применяют для верхних и нижних слоев оснований дорог I–V категорий способом заклинки. В качестве расклинивающего материала служат щебеночные смеси из активного шлака фракции 0–20 (40) мм. Обработанный органическими вяжущими материалами щебень фракции 10–20 мм применяют также при устройстве верхних и нижних слоев покрытий дорог III–V категорий.

При устройстве основания дороги шлаковый щебень имеет преимущества по сравнению с гранитным. Благодаря большей шероховатости поверхности зерен он легче укатывается. Если принять время укатки слоя основания дороги из гранитного щебня за единицу, то время укатки слоя такой же толщины из шлакового щебня составит 0,63–0,72. Основание из шлакового щебня долговечно.

Щебеночные смеси из активных и высокоактивных шлаков фракции 0–70 (120) мм оптимального зернового состава используют при устройстве верхних и нижних слоев полужестких оснований дорог I–V категорий. Щебеночные смеси из малоактивных шлаков активизируют CaCl2, Na2CО3, CaSО4.

Роль основного вяжущего в шлаковых щебеночных смесях играют шлаковые песок и мука. На начальной стадии эксплуатации дороги полужесткое основание из активного шлака работает как материал, несущая способность которого обеспечивается плотностью скелета и заклинкой щебеночных фракций. Такие основания не дают присадок и имеют повышенный модуль упругости 300–400 МПа. В процессе эксплуатации они превращаются в монолитную устойчивую плиту. Модуль упругости полужестких оснований возрастает до 1 200 МПа.

Шлаковый песок служит для приготовления асфальтобетона и в качестве активной минеральной добавки.

Применение металлургических шлаков снижает стоимость строительства дорожных одежд на 14–15 % по сравнению с равнопрочными конструкциями из гранитных материалов.

Перспективно использование шлаков черной металлургии для укрепления грунтов при создании оснований автодорог.

Лабораторные и производственные эксперименты свидетельствуют об эффективности применения отвальных доменных, мартеновских и электросталеплавильных шлаков для стабилизации наиболее трудноукрепляемых связных грунтов в различных дорожно-климатических зонах России.

Материалы из цемента, шлака и грунта, используемые для различных конструкций слоев оснований дорожных одежд, обладают достаточно высокой прочностью (1,4–8,2 МПа), водостойкостью (0,96–1,17) и морозостойкостью (0,71–0,82).

Длительный характер упрочнения материалов свидетельствует об их долговечности. Этот вывод, основанный на лабораторных экспериментах, вполне соответствует результатам наблюдений за модулем упругости конструкции дорожных одежд экспериментальных участков — за 2 года эксплуатации фактический общий модуль упругости (153–330 МПа) дорожных одежд значительно превысил его проектное значение (138 МПа).

При сооружении конструктивных слоев дорожных одежд материал из цемента, шлака и грунта готовят или непосредственно на дороге путем смешения грунта с вяжущим материалом и водой, или в стационарных смесителях.

В соответствии с требованиями Руководства по строительству оснований и покрытий автомобильных дорог из щебеночных и гравийных материалов (СоюздорНИИ) в дорожном строительстве можно использовать шлаки и золошлаки, имеющие зерновой состав 0–40 мм, прочность 300 кгс/см2, морозостойкость Мрз 25. В соответствии с ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия» золы можно применять в качестве минерального порошка. При этом в золе должно быть не менее 45 % частиц мельче 0,071 мм.

В Пермском крае в г. Чусовом есть большие запасы шлака. Его испытания позволили сделать ряд выводов.

Щебень из доменного текущего шлака, выпускаемого ОАО «Чусовской металлургический завод», удовлетворяет требованиям ГОСТ 5578-94 по технологическим показателям — зерновому составу, содержанию зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм, пылевидных частиц, примесей металла, дробимости и плотности, устойчивости против силикатного и железистого распада.

По содержанию растворимого в щелочах диоксида кремния щебень из шлака удовлетворяет требованиями ГОСТ 26633-91. Содержание сульфидной серы отвечает требованиям ГОСТ 5578-94 и 26633-91.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *