ГлавнаяОтечественные исследования и многолетний опыт практики подтверждают большие технические и экономические преимущества применения шлаковых и зольных строительных материалов.
В настоящее время известны хорошо сохранившиеся постройки, возведенные в России из шлакового кирпича в начале XX в.
В 30-х и 40-х годах во многих районах стали применять известково-шлаковые и известково-зольные вяжущие в неармированных бетонах и в строительных растворах. В частности, в трестах Азовсталь, Криворожстрой, а позднее Магнитогорскстрой, Челябметаллургстрой, Тагилстрой и др. на основе шлаков и зол в то время применялись местные вяжущие и строительные изделия из них. Трестом Уралалюминстрой по инициативе А.М. Koраблинова и др. в середине 30-х годов, а также в годы войны при возведении гражданских зданий, а в ряде случаев и промышленных объектов были использованы сотни тысяч кубометров бетона, изготовленного на основе известково-зольного вяжущего.
В период с 1940 г. по настоящее время в Нижнем Тагиле, Магнитогорске, Днепропетровске, Запорожье, Жданове и других городах объемы применения бесцементных изделий на основе доменных шлаков значительно увеличились.
В настоящее время в ряде районов страны, преимущественно на Украине и Урале, имеются действующие помольные установки, выпускающие бесклинкерные вяжущие на основе гранулированных доменных шлаков с общей мощностью почти до миллиона тонн в год. Среди них лишь 5—6 предприятий (Запорожский, Нижне-Тагильский, Магнитогорский и другие заводы) характеризуются мощностью 50—100 тыс. т. Остальные являются небольшими установками, выпускающими 20—40 тыс. т вяжущего в год.
Помольные установки работают по схеме сухого помола и выпускают трехкомпонентное шлаковое вяжущее следующего со става:
гранулированный шлак — 75—90%;
известь негашеная — 25—5%;
гипс — 3—5%.
Бесклинкерное вяжущее производится в основном марки 100 и на некоторых заводах 50 и 200 (при определении по ГОСТ на образцах из жестких растворов).
Многие установки представляют собой маломеханизированные предприятия, где ряд операций производится вручную. На некоторых установках используется малопроизводительное оборудование, не обеспечивающее требуемой тонины помола вяжущего. В результате этого помольные установки выпускают бесклинкерное вяжущее значительной стоимости, до 5—8 руб. за 1 т.
Ниже дается краткое описание некоторых установок по производству известково-шлаковых вяжущих.
В Магнитогорске работает помольная установка производительностью до 100 тыс. т в год известково-шлакового цемента. В качестве основного сырья для производства вяжущего используется гранулированный доменный шлак от производства литейного и передельного чугуна с модулем основности не ниже 0,65.
Вяжущее содержит 75—80% гранулированного шлака, 15—20% негашеной извести и 5% гипса (по весу).
Технологическая схема производства следующая: со склада шлак, имеющий влажность 25—35%, скиповым подъемником подается в бункер сушильного барабана диаметром 2,2 м и длиной 14 м. Сушка шлака происходит при температуре не более 800° С до остаточной влажности 1—2%.
Комовая известь и гипсовый камень предварительно измельчаются в щековой дробилке производительностью до 10 т/ч. Высушенный гранулированный шлак, а также раздробленные известь и гипс с помощью тарельчатых питателей подаются на совместный помол в шаровую четырехкамерную мельницу размером 2,2х13 м и производительностью до 10 т/ч.
Помол вяжущего производится до тонкости, характеризуемой остатком на сите 008 не более 8%.
Готовая продукция хранится в силосах. Завод выпускает вяжущее марок 150 и 200. На 1 т шлакового цемента завод расходует до 1,2 г исходного сырья, 0,1 т технологического угля, до 63 квт*ч электроэнергии. Себестоимость 1 т вяжущего составляет около 6 руб. Из шлакового вяжущего на заводах треста Магнитогорскстрой изготавливают мелкие и крупные стеновые блоки с объемным весом 1500—1800 кг/м3 и прочностью 50, 75 и 100 кГ/см2. Расход вяжущего 300—350 кг/м3, в качестве заполнителя используются шлаковая пемза и другие легкие заполнители. Твердение изделий осуществляется в пропарочных камерах при температуре 80—90° С в течение 15—18 ч.
В Нижнем Тагиле в тресте Тагилстрой начиная с 1943 г. применяются шлаковые бесклинкерные вяжущие в производстве различных изделий для жилищного и промышленного строительства.
В частности, шлаковые вяжущие широко используются для производства крупноразмерных стеновых панелей и блоков, а также железобетонных конструкций. Значительное использование в Нижнем Тагиле находят также и зольные материалы.
По данным И.М. Беньяминовича и др., к 1967 г. трестом Тагилстрой из изделий на шлаковом вяжущем было построено жилых домов площадью свыше 500 тыс. M2 и осуществлено заполнение стен промышленных зданий площадью более 250 тыс. м2.
В течение 1958—1966 гг. широкое использование шлаковых и зольных материалов позволило сэкономить тресту Тагилстрой более 200 тыс. т портландцемента и значительно снизить стоимость строительства.
Для производства известково-шлакового вяжущего была смонтирована помольная установка производительностью 100 тыс. т в год. Установка оборудована сушильным барабаном и шаровой двухкамерной мельницей УЗТМ диаметром 2,3 и длиной 13 м. Гранулированный шлак Нижне-Тагильского металлургического комбината поступает в бункер, расположенный над сушильным барабаном. Известь комовая и гипс со склада поступают в щековую дробилку. В дальнейшем высушенный шлак и раздробленные известь и гипс системой транспортеров и элеваторов передаются в бункера, расположенные над шаровой мельницей. Через тарельчатые питатели указанные компоненты вяжущего в соотношении 80 : 15 : 5 (шлак : известь : гипс) поступают в шаровую мельницу, где измельчаются до остатка на сите 008 не более 10%.
Активность вяжущего по стандартным испытаниям в соответствии с ГОСТ 2544—44 в жесткотрамбованных образцах составляет в 28-суточном возрасте 200—300 кГ/см2 и при пропаривании — 400—450 кГ/см2.
На основе шлакового вяжущего освоено массовое заводское производство стеновых панелей из автоклавного газошлакозолобетона, где портландцемент полностью заменен бесклинкерным вяжущим, а молотый кварцевый песок — золами ТЭЦ.
Газошлакобетон изготавливается с объемным весом от 400 до 1000 кг/м3 и прочностью при сжатии от 10 до 100 кГ/см2. Крупноразмерные панели изготавливаются по технологической схеме, представленной на рис. 67. Через весовые дозаторы шлаковое вяжущее и зола поступают в растворомешалку, туда же подается необходимое количество подогретой воды. После окончания перемешивания шлакозольный раствор направляется в газобетономешалку. Готовая ячеистая смесь выгружается в формы, в которых, установлены закладные детали и арматурные каркасы, защищенные от коррозии обмазками. Через 3 ч после заполнения форм изделия направляются на термообработку в автоклавы или по двухступенчатой схеме — сначала в камеры и затем после выемки из форм в автоклавы. Для некоторого предохранения стеновых панелей от увлажнения атмосферными осадками на лицевые поверхности изделий наносят защитно-отделочные покрытия с применением цементных красок.Панели используются на строительстве многоэтажных домов. Объемный вес ячеистого бетона панелей около 800 кг/м3 при прочности при сжатии не менее 50 кГ/см2 и морозостойкости 50 циклов.
Расход материалов на 1 м3 газошлакозолобетонных панелей объемным весом 800 кг/м3 (в кг): доменный молотый шлак 384, известь молотая 50, гипс двуводный 18, зола ТЭЦ 270, алюминиевая пудра 0,4.
Из автоклавного бесцементного газошлакозолобетона производятся также стеновые панели для промышленных объектов. Предел прочности при сжатии бетона этих панелей 50—100 кГ/см2 при объемном весе 800—1000 кг/м3.
Кроме того, заводом выпускаются теплоизоляционные блоки объемного веса 500 кг/м3 при прочности 10—15 к Г/см2.
При изготовлении панелей для стен подвала из бесклинкерного бетона марки 200, панелей внутренних несущих стен, лестничных маршей и площадок, плит междуэтажных перекрытий, плит ПКЖ и других конструкций из бетона марок 150, 200 и 300, шлаковое вяжущее, мелкие и крупные заполнители через весовые дозаторы поступают в бетономешалку принудительного действия.
Туда же подается вода и водный раствор сульфитно-спиртовой барды, после 3—5 мин перемешивания бетон с помощью бетоноукладчика подают в горизонтальные формы или в кассеты, в которых производится формование.
На заводе принят следующий расход материалов на 1 м3 бетона: 400—450 кг шлакового вяжущего, 800—850 кг песчано-гравийной смеси, 850—900 кг шлакового щебня и 0,9 кг сульфитноспиртовой барды.
Расход воды на 1 M3 бетона при изготовлении изделий в горизонтальных формах находится в пределах 210—230 л, а при кассетном способе производства — 260—280 л. Изделия твердеют в камерах Семенова при температуре 100°С.
Прочность при сжатии после пропаривания составляет 220—230 кГ/см2, а через 28 суток — до 265 кГ/см2; модуль упругости находится в пределах 270—290 тыс. кГ/см2. Бетон выдерживает более 50 циклов замораживания и оттаивания.
Технико-экономические расчеты показывают, что капитальные затраты на строительство помольной установки по производству известково-шлакового вяжущего производительностью 100 тыс. т в год и собственного цеха обжига извести составляет 10 руб. на 1 т годовой производительности вместо 25—27 руб. на 1 т портландцемента.
Применение шлакового вяжущего в пропаренном бетоне вместо портландцемента или шлакопортландцемента приводит к значительному снижению стоимости 1 м3 бетона.
Таким образом, большой производственный опыт треста Тагилстрой свидетельствует о возможности полной замены клинкерного цемента шлаковым вяжущим в производстве сборных бетонных и железобетонных элементов для жилищного и промышленного строительства.
Шлаковые вяжущие вешества изготавливаются и используются в строительстве также и в районах Донбасса и Приднепровья. Эти районы являются крупнейшей металлургической базой нашей страны.
Основная масса используемых огненно-жидких шлаков перерабатывается в гранулированные шлаки. Однако в настоящее время лишь небольшое количество (5—10%) используется для получения местных известково-шлаковых цементов и тонкомолотых добавок. Значительное количество гранулированного шлака менее рационально используется в виде заполнителя при изготовлении бетонных изделий.Одним из основных потребителей гранулированного шлака для производства местных вяжущих является завод в г. Запорожье, производительность которого достигает 90—100 тыс. т в год известково-шлакового вяжущего. Гранулированный шлак Запорожского металлургического завода, а также негашеная известь и двуводный гипс в железнодорожных вагонах поступают на заводской склад сырья. Завод оборудован сушильными барабанами и дробильно-помольной установкой. Высушенный шлак и раздробленные активизаторы твердения при помощи питателей загружаются в шаровые мельницы. На заводе установлена четырехкамерная трубчатая мельница Уралмашзавода производительностью до 100 тыс. т/год. Шлаковое вяжущее содержит 77% гранулированного шлака, 20% негашеной извести и 3% гипса.
Тонкость помола характеризуется остатком на сите 008 до 10—12%. Завод выпускает шлаковые вяжущие марок 100 и 150, которое используется в кладочных и штукатурных растворах, а также при изготовлении мелких и крупных шлакоблоков, стеновых панелей и железобетонных изделий. Запорожский домостроительный комбинат мощностью до 80 тыс. м3 выпускает крупные шлакоблоки и стеновые панели для жилищно-гражданского строительства и промышленных объектов. При изготовлении изделий на 1 м3 бетона вводят около 300 кг шлакового вяжущего и около 100 кг портландцемента. В качестве заполнителей используется шлаковая пемза объемного веса 500—800 кг/м3. Изделия формуются в стальных формах на виброплощадках.
Стеновые панели изготавливаются офактуренными с обеих сторон, что снижает объем отделочных работ и удешевляет строительство. Объемный вес панелей находится в пределах 1300—1500 кг/м3. Прочность бетона при сжатии достигает 50—75 кГ/см2.
Крупные шлакоблоки выпускаются объемного веса 1400—1700 кг/м3 при прочности 70—100 кГ/см2, На заводе железобетонных изделий треста Запорожстройдеталь на основе смешанного вяжущего при расходе его 400 кг/м3 (в том числе шлакового вяжущего 320 кг и 80 кг портландцемента) изготавливаются сборные железобетонные кольца и конусы смотровых колодцев. По мнению работников треста и завода, добавка клинкерного цемента улучшает защиту арматуры от коррозии. Пропаривание изделий производится в камерах при температуре 80—95° С в течение 10—12 ч. Пропаренные железобетонные изделия имеют марочную прочность при сжатии до 200 кГ/см2. Замена портландцемента шлаковым вяжущим позволяет на 1—2 руб. уменьшить стоимость 1 м3 бетона.
Шлаковое вяжущее из доменных гранулированных шлаков металлургического завода им. Петровского и изделия на его основе в виде кирпича, мелких и крупных стеновых блоков изготавливаются на заводе «Стройдеталь» в Днепропетровске. В состав завода входят дробильно-помольный цех для приготовления шлакового вяжущего, формовочные цехи и полигон для изготовлений шлакобетонных изделий. Тепловлажностная обработка изделий производится как в пропарочных камерах, так и в автоклавах, в зависимости от вида изделий и предъявляемых к ним требований. Цех шлакового вяжущего оборудован щековой дробилкой, двумя сушильными барабанами и двумя шаровыми мельницами. Гранулированный шлак из сушильного барабана с влажностью до 1—2% и предварительно раздробленные негашеная известь и гипс питателями подаются на совместный помол в шаровые мельницы. На этом заводе принят следующий состав вяжущего: 85% гранулированного шлака, 10% негашеной извести и 5% гипса двуводного. Тонкость помола характеризуется остатком на сите 008 до 10—12%. Марка вяжущего 100—150.Основной
продукцией завода являются крупные шлакобетонные блоки, применяемые в строительстве многоэтажных жилых домов серии 1-467. На заводе «Стройдеталь» в качестве заполнителей применяют шлаковую пемзу объемного веса в куске 800—1200 кг/м3 и в насыпном виде — 500—700 кг/м3. Расход шлакового вяжущего на 1 м3 шлакобетона составляет 300—350 кг. Блоки выпускаются объемного веса 1600— 1800 кг/м3 и прочностью при сжатии 50—75—100 кГ/см2. Технологическая схема производства крупных шлакоблоков представлена на рис. 68. Шлаковое вяжущее, шлаковая пемза, речной песок и суглинок (в качестве пластифицирующей добавки в количестве 25—35% от веса цемента) подаются в предназначенные для них расходные бункера, снабженные дозаторами. Параллельно располагаются бункера цветного цемента и песка для приготовления фактурного слоя.
Приготовление шлакобетона и растворной смеси для фактурного слоя производится в растворомешалках. В случае применения тяжелого заполнителя бетон приготавливают в бетономешалках. Блоки формуют в стальных разборных формах на виброплощадках. При изготовлении блоков с пустотами формы заполняются в два слоя. На наружную поверхность блока наносится фактурный слой. Наряду с указанными блоками завод выпускает шлаковый кирпич, мелкие шлакоблоки размером 19х19х38 см, а также крупные блоки для возведения фундаментов наружных и внутренних стен неотапливаемых зданий. Термообработка изделий осуществляется в пропарочных камерах при температуре 85—90° С в течение 12—16 ч или в автоклавах под давлением 3—6 ат в течение 4—6 ч. Автоклавная обработка шлакобетона позволяет заводу снизить расход вяжущего на 15—20% по сравнению с расходом на шлакобетоны, твердеющие в пропарочных камерах.
Большой опыт строительства и эксплуатации зданий, возведенных из конструкций на основе шлаковых вяжущих, накопленный Донпромстройниипроектом и предприятиями г. Донецка, показал, что бесклинкерные бетоны могут с успехом применяться наравне с бетонами на клинкерных цементах.
Изделия из бесклинкерных бетонов изготавливают также на комбинате Донецкжилстрой и Домостроительном комбинате № 1. Эти предприятия выпускают полные комплекты железобетонных изделий и ограждающих конструкций для дома серии 1-464.
Панели наружных стен изготавливаются из неавтоклавного газозолошлакобетона с использованием шлакового вяжущего в количестве до 300 кг, пылевидной золы в количестве 150 кг и гранулированного шлака — от 300 до 350 кг на 1 м3 бетона. С целью повышения долговечности панелей в состав газобетона вводится до 120—150 кг клинкерного цемента. В качестве газообразователя применяется алюминиевая пудра ПАК-3 до 300—400 г/м3. Газобетонная смесь приготавливается в растворомешалке емкостью 1500 л. Заполненная газозолошлакобетонной смесью форма выдерживается в течение 2,5—3 ч. Термообработка изделий осуществляется по режиму 3 + 9 + 3 ч при 100°С. Прочность газобетона после пропаривания составляет 25—30 кГ/см2 при объемном весе 1000—1200 кг/м3. Усадочные деформации при высыхании газобетона с 25—30% до 5—6% влажности составляют 0,7—1,2 мм/м.
За последние годы ДСК № 1 изготовил стеновых панелей из неавтоклавного газозолошлакобетона для домов жилой площадью более 1500 тыс. м2. Массовое применение панелей из газобетона на шлаковом вяжущем обеспечивает значительное снижение стоимости крупнопанельного строительства.
Завод «Стройдеталь» один из первых в Донбассе освоил производство бетонных и железобетонных изделий на основе шлакового вяжущего для дома серии 1-480. Наружные стены выполняются из однослойных газозолошлакобетонных панелей с объемным весом 1200—1400 кг/м3 и прочностью 75 кГ/см2. На 1 м3 газобетона расходуется около 300 кг шлакового вяжущего.
На шлаковом вяжущем с добавкой клинкерного цемента в количестве 50—100 кг/м3 бетона изготавливаются шатровые панели перекрытий, лестничные марши, площадки и другие детали с маркой бетона 200 и 300. В качестве заполнителя используется отвальный шлак.Натурные испытания таких изделий показали, что их прочность и жесткость соответствуют требованиям проекта.
Из бетона марки 200 на шлаковом вяжущем выполнены монолитные сантехнические кабины. В его состав входили 420 кг шлакового вяжущего, 630 кг гранулированного шлака, 200 кг золы ТЭЦ, 90 кг молотой извести и 30 кг гипса. Тепловлажностная обработка изделий осуществлялась на месте в формах при температуре 90—95° С с помощью пара, поступавшего в полые стенки формы. Режим пропаривания был принят 2 + 6 + 2 ч. Прочность бетона кабин, определенная путем испытания стандартных контрольных образцов, составила 170—180 кГ/см2.
За семь лет в Донецке введено в эксплуатацию более 400 домов, конструктивные элементы в которых и наружные стеновые панели изготовлены из бетонов на шлаковом цементе. Натурное обследование жилых крупнопанельных домов свидетельствует о хорошем их состоянии.
На многих заводах Украины (в городах Жданове, Донецке и др.) из доменных шлаков, активизированных на бегунах, изготавливают кирпичи, различные изделия, твердеющие в пропарочных камерах или в автоклавах. Технологическая схема представлена на рис. 69. Обычно для этой цели применяют смеси, содержащие гранулированный шлак в количестве 90—95%, известь 8—10% или цемент 5%, хлористый кальций 2%. Смеси обрабатываются на бегунах разных типов (GM-20, СМ-64, ЗМ-3, БСС-2 и др.) в течение 5—10 мин. При этом в смесях образуется около 50% частиц мельче 0,3 мм, обусловливающих твердение бетона. Из таких пробужденных» бетонов формуются изделия с объемным весом до 1800—2200 кг/м3 и прочностью при сжатии до 200—300 кГ/см2.
По данным В.А. Туманишвили, доменные гранулированные шлаки Закавказского металлургического завода содержат 35—37% SiO2, 40—45% CaO, 11—13% Al2O3, 25—5% MgO, их модуль основности колеблется в пределах 0,85—0,96, а модуль активности — в пределах 0,3—0,4. Из этих шлаков способами сухого и мокрого помола готовятся шлаковые цементы, содержащие 70—85% гранулированного шлака и 15—30% извести. При совместном помоле предварительно высушенного шлака с дробленой известью получается вяжущее марок 100—150. Помол осуществляется в шаровой мельнице CM-14, а сушка — во вращающемся барабане. На сушку 1 т материалов расходуется 50—60 кг топлива. Годовая производительность 10 тыс. т вяжущего. Вяжущее используется для приготовления кладочных растворов марок 50—75 и разнообразных изделий. Здесь же для приготовления вяжущего применяется мокрый помол шлака с известью в мельнице, обеспечивающий более тонкое измельчение материалов (остаток на сите 008 не более 5%), а также увеличение производительности мельницы в 1,5 раза. На вяжущем мокрого помола готовят шлакобетон, из которого формуют мелкие и крупные стеновые блоки и армированные блоки для перемычек. Изделия пропаривают в течение 12—16 ч при 75—80 и 90—100°C. Прочность шлакобетона после термообработки достигает 50—100 кГ/см2. Расход шлакового вяжущего составляет 275—300 кг/м3 бетона. Характерно, что при постоянном перемешивании вяжущее мокрого помола не теряет своих свойств в течение 30 ч.
Н.Ф. Тимошенко], анализируя опыт применения бетонов, получаемых на основе известково-шлаковых цементов или активизированных на бегунах смесей, приходит к выводу, что бетоны на известково-шлаковых вяжущих на 20—25% дешевле бетонов на портландцементах даже при условии изготовления шлаковых вяжущих на помольных или бегунных установках самих строительных организаций. К тому же применение шлаковых вяжущих способствует экономии клинкерных цементов в среднем в количестве 250 кг/м3 бетона.
В результате анализа опыта производства бесклинкерных шлаковых вяжущих веществ, а также изделий из них на разных заводах России было установлено, что на заводах с простыми дробильно-помольными установками получают известково-шлаковые цементы марок 150—200 (по ГОСТу) при испытании трамбованных образцов из жестких растворов. Эти цементы с успехом применяют в производстве разнообразных современных изделий (панелей, блоков и т. п.) из тяжелых, легких и ячеистых бетонов, обычно изготовляемых на портландцементе или автоклавного силикатного бетона. Изделия на шлаковых цементах получают с термообработкой как в камерах при 90—95° С, так и в автоклавах. При этом режимы и продолжительность пропаривания в камерах и автоклавах мало отличаются или совсем не отличаются от тех, какие применяются в производстве изделий из бетонов на портландцементе. В производстве вяжущих успешно используются как основные, так и кислые шлаки. Помол вяжущих осуществляется часто до недостаточной дисперсности, характеризуемой остатком 10—12% на сите 008, что несомненно отрицательно сказывается на активности шлаковых цементов. В этом отношении неотложной задачей является переход на более тонкое измельчение вяжущих до остатка на сите 008 не более 2—3%.
Помол вяжущих часто осуществляется на небольших по мощности установках с использованием малопроизводительных двухкамерных мельниц. Необходима организация крупных помольных установок мощностью 200—500 тыс. т в год, оборудованных 3-и 4-камерными или сепараторными мельницами.
Изделия из шлаковых цементов оказываются значительно дешевле изделий на портландцементах.