УДК 666.942

Башкатов Н.Н., Силина Н.В..

Уральский Государственный Технический Университет – УПИ,

г Екатеринбург.

ШЛАК ФЕРРОХРОМОВОГО ПРОИЗВОДСТВА КАК ЗАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЦЕМЕНТНЫХ РАСТВОРОВ

В технологии строительных материалов обычно в качестве крупного заполнителя используется щебень гранитных карьеров, а в качестве мелкого заполнителя – песок из отсевов дробления. Известно, что металлургический комплекс производит большое количество отходов в виде шлаков, которые необходимо утилизировать, а не вывозить в отвалы.

Основная масса шлаков, как правило, представляет собой отходы с повышенным содержанием алюминатов кальция: СА₂, СА, С₁₂А₇ и многие предприятия рассматривают их как глиноземистые вяжущие находящие определенный спрос. Однако существуют шлаки, не имеющие в составе алюминатов кальция и, следовательно, не могут быть использованы в качестве вяжущего вещества. Их нужно либо складировать, вывозя их в отвалы, либо находить другие способы применения, например, в качестве заполнителей в бетоне или дорожном строительстве. Вывозить отходы в отвалы не выгодно, это связано с большими материальными затратами на их захоронение, а так же с загрязнением окружающей среды. Как правило, предприятия предпочитают такие шлаки дробить и предлагают использовать их как крупный заполнитель, а мелкие фракции, получаемые в результате этого, уходят в отвалы.

Одним из видов таких шлаков является феррохромовый шлак ООО «Ключевской обогатительной фабрики», относящийся к группе основных и имеющий модуль основности М_о = 1,43. Он представляет собой материал темного серо-зеленого цвета с твердостью по шкале Маоса 7-8, плотностью 2530 кг/м³, водопоглащением до 2,63 % и развитой поверхностью, на которой отчетливо видны открытые поры размером 2-5 мм.

Нами выполнен анализ использования подобного шлака в качестве крупного заполнителя для дорожного строительства. Он имеет следующие характеристики: марка по дробимости М800, марка по истираемости ИI и морозостойкость F25. Однако такое применение данных шлаков связано с определенными трудностями. Но было обращено внимание на то, что при дроблении крупных фракций получалось до 25-27 % фракции менее 5 мм от исходной массы материала.

Исследования на возможность применения данного продукта в качестве мелкого заполнителя установили, что получаемый в результате дробления песок, относится к группе крупного, имеет модуль М_к = 2,9 и удовлетворяет требованиям ГОСТ 3344-83 «Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства».

Дальнейшие исследования данного материала в качестве мелкого заполнителя для цементных растворов показали, что:

- исходя из химического составов проб шлака его можно привести к диаграмме состояния CaO-MgO-SiO₂, при чем приведенные составы попадают в область кристаллизации окерманита 2CaO·MgO·2SiO₂ и мервинита 3CaO MgO 2SiO₂;

- термодинамические расчеты показали, что при взаимодействии этих минералов с водой в нормальных условиях возможны следующие реакции:

1) 2CaO·MgO·2SiO₂ + H₂O → Mg(OH)₂ + 2(CaO·SiO₂);

2) 2CaO·MgO·2SiO₂ + H₂O → Ca(OH)₂ + CaO·MgO·2SiO₂;

3) 3CaO MgO 2SiO₂ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + 2(CaO·SiO₂) + Ca(OH)₂;

при чем наиболее активно притекает первая реакция (рисунок 1);

- прочность исследуемых стандартных образцов в среднем 1,5 раза больше прочности контрольных образцов, приготовленных с использованием гранитного отсева и вольского песка, что возможно объясняется протеканием вышеприведенных реакций (рисунок 2);

- экспериментальные образцы имеют плотность 2600 кг/м³, которая немного выше плотности контрольных образцов – с использованием гранитного отсева и вольского песка – 2260 и 2220, соответственно.

Рисунок 1 – Изменение энергии Гиббса:

■ – 1 реакция; ♦ – 2 реакция; ● – 3 реакция

Рисунок 2 – Кинетика изменения предела прочности при сжатии цементных растворов: ♦ – шлак; ■ – вольский песок; ▲ – гранитный отсев

Таким образом, данный шлак можно использовать в качестве крупного и мелкого заполнителя для дорожного строительства и в качестве последнего в цементных растворах. При чем, при предварительном обеспыливании, данный шлак дает высокие прочностные характеристики.