Шлакопортландцемент состав свойства и области применения

Что это такое — цемент со шлаком, его применение, пропорции для бетона

Цемент со шлаком – строительный материал, применяемый во многих сферах для возведения наземных/подземных, подводных сооружений. Это вяжущий гидравлический компонент, производимый посредством измельчения цементного клинкера, шлака в гранулах (20-80%, но оптимально 50%) и гипса (максимум 5%).

На протяжении достаточно длительного времени в сфере строительства гранулированный шлак считали отходом, но потом начали применять шлаковые бетоны, оценив их долговечность и легкость. Материалы вторичного производства, так называемые отходы работы металлургической промышленности, с добавлением глины, гипса, смешанные с цементом, придают конструкции повышенную прочность.

Шлаковый цемент нашел широкое применение в сооружении железобетонных объектов, где установлены высокие показатели стойкости к воздействию агрессивных химических веществ. Эти бетонные смеси актуальны для монтажа монолитных построек. Так, в случае применения обычного цемента в больших конструкциях выделяется значительный объем тепла, который в процессе быстрого охлаждения может стать причиной появления деформаций и трещин. При использовании шлакобетона такой проблемы не возникает.

Самый распространенный цемент со шлаком – это созданный на соединении щелочного металла и гидросиликата Calcium, в тандеме с гидроилюмосиликатом и мелким металлургическим шлаком. Выполненные из данного материала конструкции дают минимальную пористость. Благодаря высокому качеству гидропоглощение минимально, а стойкость к низким температурам максимальная. Уже через сутки материал набирает около 30% прочности по нормативу.

Когда добавляется шлак в бетонную смесь, она не боится агрессивной среды – морская вода и разного типа хлориды, кислоты и сульфаты конструкции/зданию будут не страшны.

Недостатки

Следует упомянуть, рассматривая цемент со шлаком, что это материал со сравнительно небольшим количеством минусов. Точнее, он один – при нарушении герметичности тары, в которой поставляется цемент, он теряет свою прочность уже через полтора месяца со дня производства.

Достоинства

Рассматривая цемент со шлаком, нужно тщательно изучить все нюансы и особенности. Несмотря на большое количество плюсов, основным достоинством шлакопортландцемента является более низкая себестоимость при прочих равных. Доменный гранулированный шлак, который появляется в качестве отходов выплавки черного металла, проявляет все те же свойства, что и обыкновенный цемент. При этом, предполагает и некоторые положительные свойства.

• Более низкая цена при условии тех же параметров и характеристик прочности.
• Небольшой показатель плотности и удельного веса не оказывают на фундамент и перекрытия существенного давления.
• Прекрасная жаропрочность материала – диапазон нагрева доходит до +800 градусов.
• Коррозийная стойкость на высоком уровне.
• Высокая скорость затвердевания.
• Повышенный показатель морозостойкости при применении технологии пропаривания железобетонных изделий.
• Сравнительно низкая температура тепловыделения.
• Великолепная стойкость монолита к воздействию сульфатных и пресных вод, другим агрессивным средам.

Технология производства

Цемент со шлаком пропорции для бетона может предполагать разные – все зависит от требуемых характеристик и параметров, условий эксплуатации итоговой конструкции. Обычно в составе шлакоцемента есть три компонента: клинкер, гипс и шлак. Но есть шлаковый бесклинкерный цемент, в котором объем шлака может достигать 90%. Такой материал стоит меньше, но сфера применения его достаточно ограничена.

• Высушивание шлака до уровня влажности менее 1%. В общем объеме материала его доля может варьироваться в пределах от 20 до 80%.
• Тщательный помол шлака с гипсом и клинкером в мельнице до получения тонкодисперсного гомогенного порошкообразного вещества. Одновременно осуществляется смешивание материалов и доля гипса не должна быть больше 5%.

Цемент со шлаком производят из доменного шлака – вторичного продукта металлургической сферы. Класс материала во многом зависит от качества исходных материалов: свойств клинкера и шлака. Клинкер в смеси выступает в качестве активизатора шлаков.

Класс шлакоцемента определяется видом шлака – он бывает гранулированным, кислым, основным. На прочность влияет не столько физическая структура, сколько химическая формула. Гранулированные шлаки стоят меньше, но нужно помнить, что созданный на их основе раствор будет твердеть дольше обычного и в смесь шлак не стоит вводить в объеме более 50%.

Сферы применения портландцемента со шлаком

Цемент со шлаком применение нашел в самых разных сферах. Часто используют его в строительстве подводных железобетонных конструкций, на которые будет постоянно влиять водная среда. Также материал актуален для создании сухих смесей для производства панелей для стен, других конструкций. Этот тип цемента по характеристикам соответствует портландцементу марки М500.

Шлаковый цемент – популярный и экономный строительный материал, использующийся для возведения плит перекрытия, стен с арматурой. Способность шлакобетона демонстрировать те или иные параметры зависит от класса.

• 10 – используется при выполнении теплоизоляционных работ
• 25-35 – актуален для строительства несущих конструкций/элементов
• 50 – лучший материал для создания наружных несущих стен, разного типа армированных перемычек, внутренних перегородок зданий и т.д.

Шлакобетон ценят за небольшой удельный вес, поэтому часто применяют на серьезных объектах. Таким образом удается существенно снизить нагрузку на конструктивные части и фундамент, сэкономить финансы и время при монтаже плит больших габаритов (за счет пониженной массы).

• Создание монолитных/сборных элементов в промышленном/частном строительстве
• Создание конструкций с необходимостью ускоренного твердения
• Производство бетонных коммуникационных труб
• Работы по монтажу дорог, где актуально быстрое схватывание раствора
• Строительство мостов, эстакад
• Замес растворов для кладки, оштукатуривания

Когда готовится цемент со шлаком, пропорции для бетона, нужно учитывать одну особенность – несмотря на все положительные свойства материала, через 3-4 десятка лет качество монолита резко снижается. Об этом моменте нужно помнить и вовремя принимать меры по предупреждению деформации конструкций/зданий.

Выбор сырья и особенности хранения

Производство шлакоцемента регулируют ГОСТы 10178-85 и 31108-2003: первый определяет марку прочности, второй – класс. При выборе материала ориентироваться лучше всего на лабораторный анализ.

• В составе доменного шлака должны быть 4 оксида: CaO, SiO2, Al2O3, MgO в общей пропорции 9:1.
• Объем оксида серы SO3 – максимум 3.5%
• В клинкере должны быть: MnO в объеме не больше 3%, также C3A и C3S

Цемент на базе шлака долгое время держат во влаге, так как раннее высыхание негативно влияет на твердение. При правильных показателях влажности и высокой температуре твердение ускоряется, в связи с чем обработка цемента в специальных камерах и автоклавах очень эффективна.

Прочность шлакоцемента гарантируется очень мелким помолом, который в ответе за быстрое твердение и высокую прочность. Именно тонкость помола влияет на активность. Если нужно получить высококачественное вяжущее (для фундамента, к примеру) лучше применять сепараторный либо двухступенчатый помол.

В смесь для приготовления шлакобетона добавляют далеко не любое сырье. Основное требование к шлаку – отсутствие в его составе оксидов химических соединений, способных плохо повлиять на свойства материала. Обязательное требование: шлак должен быть чистым, без любого рода примесей (земли, глины, золы и т.д.). Как правило, в цемент идут шлаки металлургической/топливной промышленности.

Из металлургического шлака делают самый прочный бетон. В то же время, из шлаков топливной промышленности больше всего подходят антрацитовые породы. Не применяются для производства шлакоцемента продукты сгорания бурых углей ввиду наличия в них примесей, соединяющихся со шлаком неустойчивыми связями.

Большое значение для чистоты и прочности шлака имеет правильное хранение: шлак перемещают минимум 3 раза в местах хранения, избавляясь от примесей серы и известей. Материал пригоден для производства, пока в нем сохранена кристаллическая структура и отсутствуют признаки распада, появляющиеся под воздействием находящихся в атмосфере газов и влаги в процессе перехода одних соединений в другие. Эти соединения имеют большой объем, ввиду чего при переходе разрушаются и растрескиваются куски шлака.

Класс шлакобетона зависит от величины зерен шлака – они могут варьироваться в диапазоне 5-40 миллиметров. Для получения смеси песок берут фракции максимум 5 миллиметров. Шлаковый песок повышает многие показатели бетона, в том числе прочность и плотность. Из шлакового щебня производят легкий бетон, с прекрасными показателями теплоизоляции, но низкий прочностью.

Технические характеристики

Все свойства и параметры шлакобетона определяются ГОСТ 10178-85 и зависят от используемых в производстве компонентов (их качества и объема).

• В клинкере должно содержаться магния максимум 5-6%, в противном случае понижается качество бетона
• Шлаки в гранулах, произведенные электротермометаморфическим или доменным путем, входят в состав в объеме 20-80% и определяют плотность, прочность и другие характеристики
• Чистый гипс, полученный естественным путем с добавлением фтора и фосфора, включается в состав в объеме максимум 5%
• Чем больше в составе шлака, тем дольше затвердевает смесь и тем меньше тепла продуцируется реакцией гидратации
• Усадка шлакового цемента такая же, как и у обычного
• Жаропрочность находится в пределах +600-800 градусов
• При условии отсутствия плотной молекулярной консистенции, а также использующихся для активации веществ после застывания шлак не станет реагировать с водой, поэтому смесь часто используют в создании конструкций в условиях повышенной влажности

Шлакопортландцемент бывает быстротвердеющим и с нормальными параметрами твердения. Для активизации процесса в материал добавляют присадки – это специальные ускорители вулканического или минерального происхождения (это могут быть пемза, пепел). Произведенный из шлака бетон готовят в таком соотношении: 4-5 частей шлака, по 2 части песка и цемента.

Конструкции/здания достигают прочности уже в течение 7-14 дней. В прохладных условиях материал твердеет медленно, поэтому для ускорения процесса используются обработка теплом, добавка специальных присадок.

Нужно помнить, что срок годности шлакоцемента намного ниже в сравнении с обычным. Материал можно использовать 45 дней после отгрузки с производства, так как по прошествии этого времени он теряет характеристики водонепроницаемости и прочности.

Портландцемент и шлакопортландцемент – отличия

Отличия обыкновенного портландцемента и материала на базе шлака определяют сферу использования смесей. Свойства и параметры достаточно сильно разнятся, поэтому до начала работ нужно все тщательно изучать.

• Цена портландцемента намного выше стоимости смеси со шлаком.
• Портландцемент при условии отсутствия присадок быстрее набирает прочность.
• Отличается состав – в цементе со шлаком есть также гипс, в портландцемент часто добавляют различные присадки-ускорители, пластификаторы и т.д.
• У шлакоцемента менее выражена экзотермическая реакция при застывании, благодаря чему бетон почти не греется, поэтому не может использоваться при низких температурах (но и усадки, деформаций дает меньше).
• Цемент со шлаком демонстрирует меньшие показатели плотности и массы готовых конструкций.

Классификация портландцемента со шлаком

Портландцемент со шлаком делится на разные классы, каждому из которых присущи определенные технические характеристики и параметры, отраженные в нормативных документах. Ниже представлены таблицы со всеми значимыми данными, без которых невозможно выполнить расчеты и начать работы.

Класс 300 по ГОСТ 10178-85

Класс 400

Класс 500

Приготовление бетона со шлаком

В составе шлакоцемента основными компонентами являются сам шлак, клинкер и гипс в разных пропорциях. Оптимальное соотношение указано в документах и сертификатах, процесс приготовления смеси идентичен работе с обычным цементом.

Состав смесей для приготовления шлакобетона

Чтобы получить шлакобетон средней марки, достаточно взять 4-5 частей фракционной смеси шлака, по 2 части песка и цемента. Удешевить раствор можно посредством смешивания цемента и извести в пропорции 3:1.

Как приготовить

За несколько часов до предполагаемого замеса раствора желательно увлажнить шлак водой для повышения длительности службы бетона. Потом все компоненты смешивают в нужных пропорциях, аккуратно перемешивают до однородности. Готовую массу используют в течение часа-полтора.

Шлаковый цемент – прочная и высокоэффективная смесь, которая часто используется в выполнении разнообразных ремонтно-строительных работ. Пропорции входящих в состав материалов можно менять для получения нужных свойств и характеристик.

Шлакопортландцемент

Шлакопортландцементом называется искусственно полученное гидравлическое вещество, обладающее вяжущим эффектом.

Состав шлакопортландцемента

Шлакопортландцемент получают из портландцементного клинкера, глины, шлака и известняка. Стоит отметить, что при производстве цемента крайне важная роль отводится именно химическому составу материала, а не его физической структуре, в связи с чем, исходное сырье выбирается очень тщательно. Поэтому, при производстве данного цемента может быть использован как основный, так и кислый доменный шлак. Шлаки также могут быть гранулированные и не гранулированные, однако, зачастую используются именно гранулированные шлаки. Это обусловлено двумя причинами. В основе первой причины лежит экономический аспект. А вторая причина основывается на самом процессе производства шлакопортландцемента, который существенно усложняется при использовании не гранулированном типе шлака. Однако, те шлаки, которые добавляются уже после обжига, являются гранулированными в обязательном порядке. Процентное содержания шлака в портландцементе не должно выходить за пределы 30-60%. Максимальное содержание гипса в данном цементе составляет 5%.

Технология производства шлакопортландцемента относительно несложная. Она состоит всего из двух этапов. На первом этапе осуществляется просушивание шлака, для чего используются специальные сушильные камеры. После высушивания, шлак должен иметь максимальную влажность 1%. Второй этап заключается в измельчении и смешивании всех составляющих шлакопортландцемента. Для этого используется бункер цементной мельницы, в которую загружаются шлак, гипс, клинкер, известняк. В данной мельнице происходит измельчение всех составляющих до консистенции гомогенного тонкодисперсного порошка, а также смешивание этих компонентов. Стоит отметить, что подобным образом происходит приготовление минерального порошка, используемого в производстве асфальтобетона. В зависимости от размера частиц входящих в состав веществ шлакопортландцемента, в настоящее время на рынке существуют следующие марки данного материала: м150, м200, м250, а также м300. Фракция помола порошка влияет на прочность, активность, а также на время застывания уже готовой смеси. Так, чем мельче помол, тем быстрее застывает раствор. Если сравнивать данное вещество с обычным цементом, то стоит сказать, что благодаря более тонкому помолу шлакоцемента, он обладает более выраженным эффектов. Обычно, чтобы получить очень высокие вяжущие качества данного вещества, рекомендуют использовать именно двухступенчатый или сепараторный помол. В связи с этим, шлакопортландцемент перемалывается практически до той же фракции, что и обычный портландцемент.

Порландцемент – это искусственный материал зеленовато-серого цвета, состоящий из измельченного клинкера и глины. Такое название данный материал унаследовал от природного камня, добыча которого осуществляется на острове Портленд. По мнению первооткрывателей порландцемента, материал, благодаря, в первую очередь, своему окрасу, очень похож на этот природный камень.

Таким образом, портландцемент и шлакопортландцемент являются двумя схожими по своему составу и свойствам материалами. Это обуславливает практически одинаковые сферы их применения.

Отличия портландцемента и шлакопортландцемента

1. В отличие от портландцемента, кроме глины и клинкера, шлакопортландцемент в своем составе содержит еще и шлаки. Это является первым и наиболее явной отличительной особенностей двух схожих материалов.
2. Разный набор прочности в момент начала затвердевания материалов. Так, у шлакопортландцемента этот процесс протекает существенно медленнее, чем у портландцемента.
3. Несмотря на предыдущий пункт, шлакопортландцемент спустя некоторое время (как правило, два-три месяца) демонстрирует существенно большую прочность, чем портландцемент.
4. Однако, в отличие от шлакопортландцемента, портландцемент имеет преимущество в том, что он менее подвержен негативному воздействию окружающей среды, особенно если это касается температурного режима. Смесь, в которой присутствуют шлаки, при понижении температуры до отметки в 4 0 С застывает гораздо медленнее. Это, в свою очередь, приводит к необходимости применения теплвлажностной обработки для более быстрого застывания шлакопортландцемента.
5. Портландцемент имеет больший удельный вес, чем шлакопортландцемент. Следовательно, объемный его вес также больше.
6. Шлакопортландцемент выигрывает у портландцемента в стоимости, которая гораздо ниже. Это связано с тем, что дорогой клинкер частично заменяется гранулированным шлаком, который является более дешевым материалом. Таким образом, количество шлака в составе цемента напрямую влияет на его стоимость – тем она ниже, чем больше содержание шлака.
7. Шлакопортландцемент хранится хуже, чем портландцемент.

Учитывая отличительные особенности материалов, можно сказать, что данные два вещества являются ближайшими «родственниками» и вполне могут называться взаимозаменяемыми материалами.

Свойства шлакопортландцемента

1. Низкая морозостойкость.
2. Высокая устойчивость к высоким температурам.
3. Устойчивость к воздействию как сульфатных, так и пресных вод.
4. Во время затвердевания выделяет значительно меньшее количество тепла, в сравнении с другими подобными материалами. Данное свойство позволяет шлакопортландцементу быть использованным в качестве основного материала при строительстве массивных сооружений из бетона.
5. Обладает значительно меньшей степенью объемной деформации.
6. Чем дольше застывает материал, тем он становится прочнее. На начальном этапе застывания шлакопортландцемент обладает очень низким показателем нарастания прочности. Таким образом, приближенную к цементу прочность, шлакопортландцемент приобретает спустя 6-12 месяцев, в зависимости от температурно-влажностных условия застывания. Чтобы ускорить данный процесс применяется клинкер, содержащий большое количество алюмината и силиката, а также шлаки, содержание большое количество глинозема.
7. Проявляет свои лучшие свойства при застывании во влажной среде с повышенным температурным режимом. Стоит сказать, что преждевременное высыхание шлакопортландцемента имеет крайне негативное влияние на дальнейшее проявление его свойств.

Таким образом, стоит отметить, что благодаря своим свойствам наряду с относительной дешевизной, шлакопортландцемент нашел свое активное применение во многих сферах человеческой деятельности.

Где используется шлакопортландцемент?

1. Данный материал является основным веществом во время производства сборного бетона и железобетона;
2. С участием быстротвердеющего шлпкопортандцемента изготавливаются сборные конструкции и монолитные изделия.
3. При применении тепловлажностной обработки, что ускоряет затвердевание материала при этом не ухудшая его свойств, он используется во время изготовления сборных конструкций.
4. Железобетонные трубы, шпалы, отдельные мостовые элементы также изготавливаются с участием шлакопортландцемента.
5. Штукатурные и кладочные растворы, становые блоки, бетонные смеси, как правило, изготавливаются при использовании двух «родственных» материалов – шакопортландцемента и портландцемента.

Таким образом, шлакопортландцемент является качественным и доступным материалом одновременно, чем и обуславливается его популярное использование во многих областях деятельности человека.

Статьи по теме

Свойства графита

Слово графит в переводе с греческого обозначает «пишу». Минерал с таким названием у природе образуется при высокой температуре в вулканических горных породах.

Характеристики тантала

Обнаружение тантала датируется 1802 годом. Впервые миру он был представлен ученым А. Г. Экебергом. Он обнаружил в Финляндии и Швеции два минерала. Именно в их составе было это вещество.

Оксидированная медь

Обращает на себя внимание тот факт, что крыши многих старинных сооружений, изготовленные из меди, хорошо сохранились до сегодняшнего дня. Всё дело в том, что медь естественным образом подвергается окислению.

Подготовка стен под покраску

Комфортную обстановку в доме создают многие вещи, очень важно грамотно подойти к обустройству своего жилища. Во многих случаях создание обстановки начинается с обустройства стен. В основном, хозяева выбирают поклейку обоев или окрашивание.

Грунтовка по ржавчине

Грунтовка в своем составе содержит: растворитель, связующий компонент и различные добавки для придания ей особых свойств. Цвет грунтовки обычно прозрачный или мутно белый.

Портландцемент и шлакопортландцемент, технические условия

Шлакопортландцемент — распространенный компонент строительных материалов. Специфические свойства позволяют использовать его при изготовлении различных железобетонных конструкций. Несмотря на схожесть с портландцементом, данная разновидность имеет отличия , позволяющие расширить возможности использования бетона при строительстве.

Состав и технические характеристики

Шлакопортландцемент представляет собой гидравлическое вещество с вяжущими способностями, предназначенное для приготовления строительных смесей. В его состав входят следующие компоненты:

1. Гранулированные или негранулированные доменные шлаки. Их содержание колеблется от 25 до 75%, в зависимости от необходимых свойств конечного продукта. Среднее значение 35-45%.
2. Портландцементный клинкер. С учетом шлаковой составляющей содержание данного ингредиента колеблется от 10 до 70%. В нем допускается присутствие магния, но не более 6%.
3. Натуральный (природный) гипс в количестве до 5-6%. Допускается содержание фосфора, фтора, бора.

Распространенный вид материала — известково-шлаковый цемент. В него вместо клинкера добавляется гидратная или негашеная известь (до 30%).

Технология изготовления шлакопортландцемента включает 2 основные операции. На первом этапе шлак просушивается до остаточной влажности не более 1%. Следующий шаг — тщательное измельчение и перемешивание ингредиентов в специальной мельнице. В результате получается однородный, тонкодисперсный порошок.

Основные свойства

1. Плотность материала колеблется в пределах 2,7-3,1 г/куб.см, а насыпная, объемная масса составляет 880-1250 кг/куб.м.
2. Прочностные характеристики. По прочности на сжатие он бывает марок от М200 до М500. Имеет низкую объемную деформацию.
3. Жаростойкость достигает 850 градусов.
4. Отмечается водостойкость и стойкость к воздействию агрессивных сред, например, к сульфатам.

Материал имеет замедленное схватывание. Однако, чем дольше происходит отвердение, тем прочнее становится конструкция.

На начальном этапе прочность материала нарастает медленно, а достаточные прочностные параметры достигаются только через 7-10 месяцев. При этом наилучшие характеристики достигаются при твердении во влажной среде с повышенной температурой. Для ускорения полного схватывания и набора прочности используется клинкер с алюминатом и силикатом, а также глиноземные шлаки.

Шлакопортландцемент

Шлаковые цементы являются одной из разновидностей цементов, в состав которых включены активные минеральные вещества, представленные доменными гранулированными шлаками. Шлакопортландцемент

или шлаковый цемент относится к специфической группе вяжущих гидравлических веществ. Шлакопортландцемент производится путем соединения металлургических шлаков и вяжущих воздушных или гидравлических веществ. Разновидностями шлаковых цементов являются шлакопортландцемент, магнезиальный цемент, сульфатошлаковый цемент, известково-шлаковый цемент и т.д.

Эта группа вяжущих веществ является весьма эффективной в экономическом плане. В сравнении с производством портландцемента, издержки при изготовлении данного вида цемента будут ниже на 15-20%. При строительстве больших конструкций данный строительный материал может замещать самые лучшие разновидности портландцемента.

Шлакопортландцемент является вяжущим гидравлическим веществом. Данный стройматериал получается посредством тонкого помола гранулированного доменного шлака, а также гипса (3,5%) и портландцементного клинкера. Кроме того, портландцемент можно смешивать с промолотым гранулированным доменным шлаком. Согласно ГОСТу шлака в данном виде цемента должно присутствовать не менее 30 %, но и не более 60%.

Свойства шлаковых цементов

Большинство свойств шлакопортландцемента обусловливаются близость данного материала к группе портландцементов. Объемная масса материала в рыхлом состоянии составляет 900-1200 кг/м³, в уплотненном состоянии – 1400-1700 кг/м³. Аналогичны и показатели водопотребности и тонкости помола. Качество шлакопортландцемента зависит от тонкости помола: оно повышается с увеличением тонкости помола на 3500-4000 см²/г. Шлакопортландцемент отличается от обычного портландцемента замедленной скоростью нарастания прочности.

Применение шлаковых цементов

Данный строительный материал используется в аналогичных областях, что и обычный портландцемент. Главным образом, его применяют при строительстве массивных монолитных конструкций. Целесообразно использовать шлакопортландцемент при возведении монолитных гидротехнических конструкций, не подвергающихся регулярному оттаиванию и замораживанию, т.к. он обладает стойкостью к неблагоприятному воздействию минерализованных вод. Кроме того, шлакопортландцемент применяют при сборке ж/б конструкций.

Производство шлакопортландцемента

Производство шлакового цемента включает в себя 2 группы технических операций:

1. производство клинкера;
2. измельчение клинкера вместе с гипсом и заданными добавками.

В свою очередь производство клинкера состоит из добычи сырья, дробления, помола и смешивания данных сырьевых материалов в определенном порядке, обжиге смеси и маганизирования клинкера. Для получения из клинкера шлакового цемента необходимо проведение ряда технологических операций, а именно: дробление клинкера и гипса, высушивание минеральных добавок, тонкое их измельчение с гипсом и клинкером.

Основные способы производства шлакового цемента

В настоящее время в цементной отрасли промышленности применяются 3 основных способа производства смеси сырья:

1. мокрый способ;
2. сухой способ;
3. комбинированный вариант.

Данные способы производства сырьевой смеси имеют различия в технологии подготовки и предназначены для более тонкого измельчения и тщательного перемешивания заданных компонентов.

Мокрый способ подразумевает измельчение компонентов в водной среде. В результате получается шихта, которая представляет собой водную суспензию шлама, влажность которой составляет 30-50%. При данном способе применяют твердый глинистый и мягкий карбонатный компоненты.

Сухой способ заключается в приготовление сухой порошкообразной шихты. Поэтому сырье перед помолом высушивается.

Комбинированный способ объединяет сухой и мокрый способы приготовления. Конкретная технология определяется свойствами перерабатываемого сырьевого материала (однородность, твердость, влажность).

Попеременное высушивание и увлажнение затвердевшего шлакового цемента оказывает влияние на повышенное обладание деформациями при усадке. Кроме того, шлакопортландцемент обладает повышенными антикоррозийными свойствами и сульфатостойкостью.

Отличия портландцемента и шлакопортландцемента

Мелкодисперсная структура и наличие в составе клинкера делает их похожими. Однако все же есть ряд отличий.

1. Состав. Портланд — это смесь глины и клинкера, а Шлако — еще и шлаки, что обеспечивает специфические свойства.
2. Затвердение. Набор прочности у портландцемента протекает значительно быстрее. При отвердении шлакопортландцемента выделяется меньше тепла.
3. Масса. Удельный вес и объемная масса портландцемента выше.

Цемент с добавлением шлаков имеет высокую влагостойкость и стойкость к воздействию сульфатам, но меньшую морозостойкость, по сравнению с портландцементом. В целом, эти 2 материала нередко называют родственными, и в ряде случаев они способны заменить друг друга.

Шлакопортландцемент (шлакоцемент, ШПЦ) – состав, производство, применение

Шлакопортландцемент (шлакоцемент, ШПЦ) – состав, производство, применение Шлакопортландцемент является вяжущим гидравлическим веществом, который получают посредством измельчения цементного клинкера, определенного количества гипса и шлака гранулированного. Как правило используется доменный шлак, являющийся вторичным продуктом металлургического производства. Основными видами сырья, применяющимися в производстве этого шлакопортландцемента, являются стандартный клинкер и доменные шлаки, так же обладающие вяжущим гидравлическим свойством. Клинкер служит активизатором шлаков в составе шлакоцемента. Технология производства шлакопортландцемента состоит в высушивании шлака в специальных сушилках до влажности не более 1%. Затем шлак, клинкер и гипс загружают в бункер цементной мельницы, где вся загруженная смесь подвергается измельчению до гомогенного тонкодисперсного порошка (до аналогичного состояния измельчается минеральный порошок для асфальтобетона). В процессе производства шлакоцемента применяют как основные, так и кислые шлаки. Причем, для создания клинкера используют шлаки как гранулированные, так и не гранулированные. В первую очередь значение имеет не физическая структура, а химический состав материала. Это очень важный момент в выборе исходного сырья. По экономическим соображениям предпочтение стоит отдать гранулированным видам, поскольку использование не гранулированных сильно усложняет производственный процесс. Во всяком случае, основные шлаки, которые будут добавляться после обжига, непременно должны быть гранулированными. Получающийся в результате шлакопортландцемент затвердевает медленнее обычного, поскольку содержание шлака в нем составляет от 20 до 80% от общей массы. Как правило, соотношение равно 50/50%. Применяют шлакоцемент в строительстве железобетонных и бетонных наземных, подводных и подземных сооружений, которые подвергаются воздействию пресных и минерализованных вод. Так же он применяется при производстве стеновых блоков, бетонных смесей, строительных растворов, сухих смесей и т.д. Область применения у шлакопортландцемента не менее обширна чем у классического цемента м500. По сравнению с обычным цементом шлакопортландцемент имеет более низкую стоимость, выделяет меньше теплоты при затвердении (что позволяет использовать его при возведении массивных сооружений из бетона), меньшую степень объемной деформации. Шлакоцемент жаростоек и устойчив к воздействию сульфатных и пресных вод. Он также характеризуется меньшей, по сравнению с обычным цементом, морозостойкостью, если речь идет о колебании температур, провоцирующих переменное замораживание и оттаивание. Также для шлакопортландцемента характерно сравнительно медленное нарастание прочности на начальных этапах твердения; для приближения к показателям прочности обычного цемента требуется 6-12 месяцев. Более высокие показатели этой характеристики имеют быстротвердеющие шлакопортландцементы. Схватывание и твердение цемента еще больше замедляют пониженные температуры. Для ускорения процесса следует применять клинкер с высоким содержанием алюмината и силиката, а также шлаки с большим содержанием глинозема. Шлакоцемент необходимо длительное время выдерживать во влажной среде, поскольку на его твердение плохо влияет преждевременное высыхание. В условиях достаточной влажности повышенные температуры ускоряют твердение, поэтому обработка твердеющего шлакопортландцемента в камерах и автоклавах весьма эффективна. Размалывают шлакопортландцемент до порошка примерно той же тонкости, что и у обычного портландцемента. Необходимо стремиться получить как можно более тонкий помол, чтобы цемент был более прочным и твердел быстрее. Тонкость помола отвечает за такой важный показатель вяжущего как – активность. Относительно обычного цемента большая тонкость помола шлакоцемента дает более выраженный эффект. Для получения вяжущего высокого качества рекомендуется двухступенчатый или сепараторный помол. Шлакопортландцементы могут применяться в производстве различных стеновых блоков,

Достоинства и недостатки

Главным преимуществом шлакопортландцемента признается пониженная стоимость. При равных прочностных характеристиках он дешевле обычного цемента. Важное положительное качество — повышенная влагостойкость, а также стойкость к атмосферным условиям и агрессивным средам. Имеет высокую работоспособность в сульфатной воде. В железобетонных конструкциях отмечается пониженный удельный вес, что уменьшает массу изделий.

Недостатки:

1. Пониженная морозостойкость.
2. Малое выделение тепла при затвердении не дает возможность проведения заливки бетона при низкой температуре воздуха. Она ограничивается в пределах 4-5 градусов и требует принятия дополнительных мер по тепловому воздействию.
3. Повышенные требования к условиям хранения. Если отсутствует герметичная упаковка, то материал уже через 40-45 суток теряет положительные свойства.

Шлакопортландцемент составляет достойную конкуренцию другим типам цемента. Именно этим объясняется то, что за рубежом половина бетона готовится с использованием шлака. В РФ его использование пока не превышает 22%, но отмечается постепенное повышение популярности.

Шлакопортландцемент

Вяжущее для приготовления строительных растворов, в состав которого входит доменный шлак, природный гипс и клинкер – это шлакопортландцемент (ШПЦ). Его используют при возведении промышленных и гражданских объектов, когда необходимо быстрое твердение бетона для ускорения реализации работ, а также при потребности защитить конструкцию от разрушения под действием агрессивных сред.

Состав и производство

Шлакопортландцемент – это порошок тонкого помола, который получают из нескольких компонентов согласно одноименного ГОСТ 1017-85:

• Клинкер с содержанием магния не более 5-6% (MgO снижает качество бетонного камня);
• Доменные или электротермометаморфические гранулированные шлаки – около 20-80% (в зависимости от ожидаемых характеристик);
• Гипсовые минералы (природный чистый гипс, а также с содержанием фосфора, бора и фтора) – не более 5% от массы клинкера.

Компоненты шлакового портландцемента высушивают в термокамерах до 1%, затем помещают в мельничную установку и перемалывают до состояния тонкодисперсного порошка гомогенной структуры.

При выборе материала обращайте внимание на обозначение регламентирующего документа – только государственные технические условия (ГОСТ) указывают не соответствие материала стандартным требованиям. Это защитит вас от покупки фальсификата или некачественного вяжущего.

Отличие портландцемента от шлакопортландцемента

В виду использования шлака ШПЦ стоит гораздо дешевле, чем обычный портландцемент, но и отличается некоторыми характеристиками:

• Медленнее набирает первоначальную прочность в сравнении с портландцементом, но после 3 недель твердения его качество значительно повышается;
• В портландцементе отсутствует шлак, он изготовлен только из клинкера с определенным минералогическим составом и дополнительные присадки-ускорители и улучшители;
• Менее выраженная экзотермическая реакция при твердении в сравнении с портландцементом – бетон почти не нагревается, что усложняет работу с ним при температурах от +4°С;
• Меньшая плотность и вес готовой конструкции соответственно.

Чтобы не быть голословными, приведем сравнение характеристик этих видов вяжущего в таблице:

Па­ра­метр	Сос­тав	Плот­ность це­мен­та, г/см 3	Проч­ность, мар­ка	Вре­мя на­ча­ла и кон­ца схва­ты­ва­ния	От­ли­чи­тель­ные свой­ства
Порт­ланд­це­мент	Клин­кер из гли­ны и из­вест­ня­ка	3,05…3,2	400, 500, 550 и 600	45 мин. – 10 ча­сов*	Проч­ный ма­те­ри­ал с дли­тель­ным сро­ком служ­бы в нор­маль­ной сре­де
ШПЦ	Клин­кер, гипс, шлак	3,0…3,1	300, 400 и 500		Го­то­вый бе­тон­ный ка­мень ус­той­чив к аг­рес­сив­ным сре­дам, но ме­нее проч­ный и дол­го­веч­ный, жа­ро­стой­кий

*время схватывания портландцементов зависит от температуры воздуха и влажности окружающей среды, но у шлакового вяжущего время твердения продолжительнее.

Срок набора прочности и показатели испытания образцов на изгиб наглядно показаны в таблице №2 ГОСТ 10178-85:

ПЦ-Д0 – обозначение количества добавок в процентном соотношении,
«Б» — быстротвердеющее вяжущее.

Ключевые свойства ШПЦ

Шлакопортландцемент делится на 2 типа:

• Нормальнотвердеющий;
• Быстротвердеющий (ШПЦ-Б) с присадками – ускорителями минерального и вулканического происхождения (пепел, пемза и другие). Прочность такого достигает проектного значения уже к 7-14 суткам.

Шлаковый портландцемент плохо переносит перепады температур, потому твердение в прохладных условиях значительно затягивается. Чтобы ускорить процесс, не обязательно использовать присадки – достаточно обработать конструкцию теплом (опалубка с электрическим подогревом, тепловые пушки). При повышенных температурах камень набирает прочность к концу 28 суток большую, чем обычный цемент в нормальный условиях.

1. Чем больше в составе шлаков, тем дольше твердеет бетон и меньше тепла выделяется при гидратации.
2. Шлаковый цемент дает аналогичную обычному портландцементу усадку. Примечательно, что с повышением тонкости помола и количества C2S (кальциево-кремневого соединения белита) увеличивается объемное расширение конструкции. По этой причине шлакопортландцемент не рекомендуется применять там, где усадочные деформации не допускаются (дорожное полотно, ответственные конструктивные элементы).
3. Жаростойкость цемента на шлаке – 600…800°С благодаря свободному Са(ОН)₂;
4. Шлакопортландцемент в виду отсутствия активных элементов и плотной молекулярной структуре не вступает в реакцию с мягкой или сульфатной водой, поэтому подходит для обустройства конструкций во влажной среде.

Срок годности ШПЦ ниже, чем у обычного цемента – всего 45 суток после заводской отгрузки. В дальнейшем компоненты теряют свойства прочности, водонепроницаемости.

Области применения

По характеристикам шлакопортландцемент почти не уступает обычному вяжущему для приготовления бетонов, поэтому в гражданском строительстве материал нередко используют, заменяя им более дорогие виды вяжущего. К слову, в России доля производства разных видов ШПЦ составляет 25%, в Европе и Америке – свыше 50%. Судите сами: для частного домостроения оптимальная марка бетона М400, для его приготовления подходит вяжущее М500. Стоимость мешка цемента со шлаком до 20% дешевле, чем аналогичная упаковка ПЦ. В масштабах возведения получается немаленькая сумма.

Прямое назначение шлакопортландцемента:

• Изготовление сборных и монолитных конструкций в гражданском и промышленном строительстве;
• Производство конструкций при необходимости ускоренного твердения;
• Укладка дорожного полотна с быстрым схватыванием компонентов;
• Изготовление бетонных труб коммуникаций;
• Строительство мостов и эстакад;
• Использование ШПЦ для замеса штукатурных и кладочных растворов.

При всех преимуществах шлакопортландцемента и хороших характеристиках в процессе эксплуатации, через – 30…40 лет (иногда более, в зависимости от исходного состава) качество камня резко снижается, как отмечают специалисты. Важно вовремя принимать меры по предупреждению разрушения ответственных конструкций и их ремонту.

Шлакопортландцемент состав свойства и области применения

Toggle navigation

Ремонт в регионах

По свойствам шлакопортландцемент мало отличается от обыкновенного

Этот цемент твердеет как в воде (лучше), так и на воздухе; получают его совместным помолом или смешиванием раздельно молотых портландцементного клинкера и гранулированного доменного шлака. Содержание шлака в готовом продукте зависит от активности шлака (допускается до 85%), практически содержание шлака обычно составляет 30—75% от веса цемента

Ввиду того что шлакопортландцемент получают из дешевого сырья и обжигу здесь подвергается только клинкер, этот цемент приблизительно на 13% дешевле обыкновенного. Выпуск его составляет более 25% от общего производства всех цементов.

Удельный вес шлакопортландцемента

По свойствам шлакопортландцемент мало отличается от обыкновенного: удельный вес его немного ниже (2,9—3,0), соответственно меньше и объемный вес. Тонкость помола и равномерность изменения объема такие же.

По ГОСТ шлакопортландцемент разделяется на шесть марок: 150, 200, 250, 300, 400 и 500, определяемых при испытании образцов, изготовленных из раствора жесткой консистенции. Предел прочности при сжатии и при растяжении образцов из шлакопортландцементного раствора с нормальным песком в пропорции 1 : 3 (по весу) согласно ГОСТ должен быть не ниже величин, приведенных в табл. 1. По новому методу при переходе на испытание образцов из раствора пластичной консистенции этот цемент будет иметь марки от 100 до 300, предел его прочности при сжатии и изгибе должен быть не ниже величин, приведенных в табл. 2

Табл. 1. Предел прочностипри сжатии и растяжении в кг/см2

Шлаковые цементы всех видов (кроме гидрофобных) не следует долго хранить на складах, так как их активность со временем понижается в большей степени, чем активность обыкновенного портландцемента.

Табл.2. Предел прочности при сжатии и изгибе в кг/см2

Шлакопортландцемент отличается от портландцемент (при одинаковом составе клинкера) более медленным схватыванием (начало обычно через 4—6 час, конец через 10—12 час. после затворения) и замедленным твердением в первые 7—10 дней. Замедление твердения, особенно проявляющееся при пониженных температурах, нежелательно, так как отодвигается срок распалубки и использования сооружений. Однако это не является препятствием для применения шлакопортландцемента.
Этот цемент при содержании в клинкере С3А < 8 % дает бетон более стойкий по отношению к действию минерализованных вод (сульфатных, морской воды), чем обыкновенный цемент.

По отношению к действию концентрированных растворов магнезиальных солей шлакопортландцемент не стоек

Свободные кислоты, встречающиеся, например, в болотных, сточных промышленных н других водах, разрушают его.

Шлакопортландцемент не оказывает корродирующего действия на заложенную в бетон стальную арматуру и дает достаточно прочное сцепление с ней, поэтому его можно применять в желзобетонных конструкциях наравне с обыкновенным цементом.

Выдедение тепла при схватывании и твердении шлакопортландцемента меньше, чем у обыкновенного цемента. Это качество ценно при бетонировании массивных сооружений, в особенности летом, так как устраняется опасность больших температурных деформаций. Наоборот, при зимних бетонных работах малое выделение тепла и значительное замедление схватывания и твердения вынуждают отказываться от этого цемента при производстве работ на открытом воздухе. В этом случае необходим искусственный прогрев бетона (пропаривание, электропрогрев)

Шлакопортландцемент можно применять в бетонных и железобетонных конструкциях в зависимости от требуемой прочности (для железобетона желательно иметь цемент марки не ниже 250 при испытании в жестком растворе), для бетонных фундаментов, массивных бетонных сооружений, в том числе гидротехнических, и вообще для сооружений, находящихся в обычной и минерализованной грунтовой воде, для бетонных камней и полов, для растворов в каменной кладке и штукатурке.

Технические условия и области применения сульфатно-шлакового и известково-шлакового цемента

Сульфатно-шлаковый цемент отличаются тем, что совсем или почти не содержит дорогого портландцементного клинкера. Его изготовляют из доменных гранулированных шлаков с добавлением активаторов. Известково-шлаковый цемент получают совместным помолом или тщательным смешиванием молотой извести-кипелки или пушонки с размолотым в тонкий порошок гранулированным доменным шлаком

Сульфатно-шлаковые цементы

Размолотые основные шлаки, затворенные водой, твердеют, но очень медленно. Чтобы ускорить твердение, к шлаку добавляют 5—7%. (по весу) активаторов сульфатных (ангидрита, природного гипса и т. п.) и щелочных (обожженного до 800—900 доломита, до- 5% цементного клинкера).

При кислых шлаках добавляют до 20% активаторов. Сульфатно-шлаковый цемен называют еще шлаковый бесклинкерный. Он предложен П. П. Будниковым.
Технические условия и области применения данного цемента приблизительно те же, что и обыкновенного шлакопортландцемента.
К этой же группе цементов относится гипсошлаковый цемент вяжущее вещество, твердеющее в воде и во влажной среде, получаемое совместным тонким помолом доменного гранулированного шлака (80%), природного гипса или ангидрита (15%), извести (2—3%) или цементного клинкера (5%).

В зависимости от состава шлака получают цемент марок от 200 до 400 (в жестком растворе).
По прочности, скорости твердения и сцеплению со сталью этот цемент не уступает обыкновенному шлакопортландцементу. Сульфатно-шлаковый цемен также не оказывает корродирующего действия на сталь, вы деляет мало тепла при твердении и обладает высокой стойкостью по отношению к действию раствора сульфатов.

Этот цемент можно применять во всех случаях, когда используется обыкновенный шлакопортландцемент, в том числе в железобетоне (если марка цемента не ниже 250) и в гидротехнических сооружениях, находящихся в пресных и агрессивных сульфатных водах.

Известково-шлаковый цемент

В зависимости от состава и свойств шлака берут 8—25% молотой извести-кипелки от веса цемента. Чтобы повысить прочность цемента, вводят до 5% двуводного гипса.
Для изготовления этого цемента пригодны основные и кислые (глиноземистые) доменные гранулированные шлаки.
Известково-шлаковый цемент медленно схватывается: начало схватывания наступает обычно через 5—6 час, конец — через 12— 30 час. Предел прочности при сжатии в растворе пластичной консистенции состава 1 :3 к 28 дням может быть от 25 до 100 кг/см2.

Цемент марки 100 применяют так же, как обыкновенный шлакопортландцемент.
Известково-шлаковый цемент твердеет преимущественно в воде или во влажной среде; при твердении в сухой среде этот цемент имеет более низкую прочность. После затвердевания известково-шлаковый цемент обладает стойкостью по отношению к действию минерализованных вод, удовлетворительными морозостойкостью и воздухостойкостью.

Шлакопортландцемент: вяжущие на основе шлаков

В начале 20 века производители чугуна начали искать возможные сферы применения доменного шлака – продукта, полученного вместе с чугуном в доменной печи в виде расплава. В 1908 году компания «Карнеги Стил» начала исследование возможных областей применения доменного шлака.

В 1911 году в отчете компании «Карнеги Стил» – «Использование доменного шлака в производстве бетона» впервые обосновано говорилось о возможности использовать доменный шлак в производстве бетона.

К 1917 году стало очевидно, что шлак является ценным продуктом, и что компаниям – производителям шлака стоит объединиться для более эффективного продвижения нового продукта. В 1918 году в США была создана Национальная Шлаковая Ассоциация. В 1919 году в США существовало 14 компаний – производителей шлака, которым принадлежало 32 завода.

За все время существования человечества доменный шлак прошел путь от использования в дорожном строительстве (в качестве агрегата) в Античном Риме до ценного строительного материала с разнообразными сферами применения в наше время. Сейчас шлак находит широкое применение в строительной индустрии, включая: производство 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.

Определение и описание шлакопортландцемента

Американское общество по испытанию материалов (ASTM C125) определяет доменный шлак как «неметаллический продукт, состоящий в основном из силикатов и алюминатов кальция, полученный вместе с чугуном в доменной печи в виде расплава».

При производстве чугуна в доменную печь загружают железную руду, флюсовый камень (известняк и/или доломит) и кокс. Получаемая на выходе из печи продукция – расплавленный чугун и шлак. Шлак состоит 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, причем температура расплава может превышать 1480?C (2700?F). 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.

Химические свойства шлакопортландцемента

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. Однако, следует отметить, что основные оксиды, входящие в состав шлака не встречаются в свободной форме. В доменном шлаке, охлажденном воздухом, оксиды объединяются в различные силикаты и алюмосиликатные минералы, такие как мелилит, мервинит, волластонит и др., которые также существуют в виде природных пород. В дробленом и молотом шлаках, данные элементы присутствуют в виде стекла. Химический состав шлаков варьируется в очень узких пределах, поскольку все сырье, загружаемое в доменную печь, очень тщательно отбирается и смешивается.

Типичный химический состав доменного шлака, %
кварц(SiO2)	32-42
оксид алюминия(A12O3)	7-16
оксид кальция (CaO)	32-45
окись магния (MgO)	5-15
сера (S)*	1-2
оксид железа (Fe203)	1-1,5
оксид марганца (MnO)	0,2-1,0

* в основном в виде сульфида кальция

Физические свойства шлакопортландцемента

Физические характеристики шлака, такие как 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.

В последнее время в России и других странах большое внимание уделяется проблеме использования вторичных ресурсов. Одним из наиболее перспективных направлений утилизации промышленных отходов является использование их в производстве строительных материалов.

Металлургия занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. На основных технологических переделах производства черных и цветных металлов образуются побочные продукты – отходы, химико-минералогический состав и физико-механические свойства которых позволяют считать их ценным сырьем для производства строительных материалов. Основная масса отходов металлургических процессов образуется в виде шлаков.

Шлаки – продукты высокотемпературного взаимодействия компонентов исходных материалов – топлива, руды, плавней и газовой среды. Трудно, пожалуй, найти другое сырье, которое обладало бы таким множеством ценных качеств и при этом так долго пробивало бы путь к широкому применению в строительной промышленности, как шлак. Во многих районах страны из шлака построены многоэтажные дома, промышленные здания, возведены мосты и плотины, проложены ленты автострад. Из обременительного отхода он становится признанным сырьем строительной промышленности.

Самая ранняя попытка использования доменного шлака относится к 1589 г., когда в Германии из него отливали пушечные ядра. В строительстве шлак стали применять только в 18 веке. В Нижнем Тагиле из шлаковых расплавов начали отливать плиты для ступеней, брусчатку для дорог. В Швеции литые шлаковые камни применялись вместо кирпича для кладки верхней части шахт доменных печей. В России и других странах отвальный шлак использовали в качестве щебня при постройке дорог. В последующие годы ценные свойства шлаков еще больше привлекают внимание ученых и практиков во всем мире к проблеме применения шлаков в строительстве.

Для решения вопросов организации переработки шлаков, использования их, координации научных исследований и опытных работ, в Москве в 1933 г. была создана Всесоюзная контора по шлакопереработке. Во многих странах созданы специальные институты и организации, занимающиеся вопросами использования шлака в строительстве, иногда на базе металлургических заводов: в США – Национальная шлаковая ассоциация, во Франции – Техническая ассоциация по изучению и использованию доменных шлаков, в Канаде – Национальная шлаковая ассоциация, В Англии – Британская ассоциация шлака. Организация переработки шлаков в разных странах неодинакова, что объясняется специфическими условиями каждой страны. В Англии и Германии шлаковую продукцию, получают непосредственно на металлургических заводах, в других странах шлак в жидком состоянии или частично обработанный передают компаниям и специальным фирмам по производству строительных материалов. Необходимо отметить весьма результативные действия Национальной шлаковой ассоциации США, к заслугам которой относится создание шлакоперерабатывающей индустрии. Шлак признан минеральным сырьевым материалом. Переработка шлака в основном осуществляется фирмами, независимыми от металлургов, и только в немногих случаях металлургические компании перерабатывают шлак для своих нужд и продают его [3]. В США, Англии, Германии, Франции 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 шлакового заполнителя характеризуется высокой прочностью, устойчивостью к истиранию, большим коэффициентом сцепления, отсутствием сдвиговых деформаций. Вся продукция шлакопереработки экономически выгодна. Например, шлаковый щебень в 1,5-2 раза дешевле природного и требует в 4,5 раза меньше удельных капитальных вложений. Шлаковая пемза в 3 раза дешевле керамзита и требует в 1,5 раза меньше удельных капитальных вложений.

Основным видом промышленной продукции, производимой на основе металлургических шлаков, является шлакопортландцемент. Впервые гранулированный шлак был применен как добавка при производстве цемента в Германии в 1892 г.

Шлакопортландцемент – это гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера и гранулированного шлака. Содержание шлака в шлакопортландцементе по ГОСТ 10178-85 должно составлять не менее 21 и не более 60% массы цемента [5]. По американскому стандарту содержание шлака должно составлять от 25 до 65%, по английскому не больше 65%. В Германии стандартизованы два вида шлакопортландцемента: железопортландцемент, содержащий не более 35% шлака, и доменный цемент с содержанием шлака от 31 до 85%. Во Франции выпускаются 4 вида шлакопортландцемента: железопортландцемент с 20–30% шлака, смешанный металлургический цемент с 50% шлака, доменный цемент с 70% шлака и шлако-клинкерный цемент, содержащий не менее 80% шлака. Каждый из этих видов цемента делится на две марки по прочности. В Германии каждый вид шлакопортландцемента имеет три марки по прочности, а в Англии и США – только одну марку, как и обыкновенный портландцемент.

Шлакопортландцементы широко применяются в настоящее время во многих странах для общих строительных работ, для гидротехнических сооружений и для сборных железобетонных изделий (например, бетонные трубы). По прочности они не уступают портландцементу, но нуждаются в более тщательном уходе при повышенных и пониженных температурах.

Исторически сложилось так, что доменные гранулированные шлаки в России и некоторых европейских странах используются преимущественно для производства вяжущих материалов, особенно для производства шлакопортландцемента. В США и Японии они применяются в основном для производства заполнителя. Последнее направление позволяет вовлечь в строительный комплекс значительно большее количество шлака, чем в производство из него вяжущих веществ. Особенно эффективно производство шлакового щебня при использовании технологии придоменной переработки шлака. При этом используется та тепловая энергия, которая была аккумулирована шлаковым расплавом в процессе производства чугуна. Такая технология позволяет достичь значительную экономию топливно-энергетических ресурсов.

В последние годы наблюдается рост шлаковых отвалов вокруг металлургических заводов России. Одной из причин уменьшения использования доменных гранулированных шлаков цементной промышленностью является падение спроса на шлакопортландцемент. В этой связи 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.

Необходимо подчеркнуть, что бетоны с заполнителем из доменных гранулированных шлаков отличаются рядом преимуществ перед традиционными бетонами. Как было установлено в работах 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 матрицей, полностью исчезают капиллярные каналы, которые в результате усадки цементного камня образуются между ним и поверхностью заполнителя. Это приводит к значительному повышению 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 США, Японии и других странах.

В России шлаковый заполнитель используется сравнительно редко, поэтому имеются огромные резервы расширения производства бетонов на шлаковом заполнителе, что позволит приостановить рост шлаковых отвалов в районах расположения металлургических заводов России.