Производство цемента из шлака

Обновлено: 17.05.2024

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

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

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 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.

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 шлака

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

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.

* в основном в виде сульфида кальция

Физические свойства

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.

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.

Шлаковый цемент — гидравлический вяжущий строительный материал, получаемый на цементных заводах путем помола в одном бункере составляющих, добавляемых в определенных пропорциях. Составляющими для производства цемента служат:

Шлак. В первую очередь гранулированный доменный шлак. Также используют электротермометаморфический шлак.
Активизаторы (ангидрид, известь, гипс строительный и т.д.).

Также для производства некоторых видов цемента добавляют получаемый в процессе его производства промежуточный материал — клинкер.

Распространена и другая технологическая схема изготовления цемента, при которой каждый ингредиент измельчают отдельно, после чего в определенных пропорциях загружают в бункер, где происходит процесс смешивания.

Основной вид шлакового цемента — портландцемент

Портландцемент производят на основе шлака, главным образом — металлургического. Металлургический шлак является отходом при выплавке чугуна и состоит из оксидов кальция и магния, а также кварца.

Для производства портландцемента применяют гранулированный шлак. Получения гранул добиваются в процессе грануляции, когда расплавленную массу жидкого шлака подвергают мгновенному остыванию, заливая водой, или обдавая паром. При такой обработке удается избежать кристаллизации шлака. Шлак остывает в виде гранул, сохраняя свою химическую активность и приобретая стеклообразную, мелкозернистую структуру.

Гранулированный шлак (граншлак), как химически активное вещество, вступает в реакцию с гидроксидом кальция, который содержится в клинкере. В результате образуются гидросиликат и гидроалюминат кальция.

Составляющие шлакового цемента и пропорции

Клинкер. В клинкере содержится снижающий прочность бетона оксид магния, поэтому при производстве цемента применяют клинкер, содержание магния в котором не превышает 6%.
Шлак. Процентная доля шлака зависит от примененных вяжущих и варьируется от 20 и до 80%.
Гипс. Применяют как чистый гипс природного происхождения, так и гипс, полученный на предприятиях, с содержанием фосфатов (фосфора), бора и фтора. Содержание гипса не должно превышать в смеси 5% от общего количества клинкера.

Два вида шлакового цемента

В зависимости от времени структурирования шлаковый цемент разделяют на:

Нормального затвердевания. Этот вид цемента в первый период после заливки имеет прочность ниже, чем у портландцемента такой же марки. На четвертую неделю после заливки прочность этого цемента повышается и в итоге значительно превышает прочность портландцемента этой же марки.
Быстрого затвердевания. В этот цемент в стандартное вяжущее добавляют ускорители твердения. Ускорители бывают как вулканического происхождения, так и минерального. К таким ускорителям относятся вулканический пепел, пемза и т.п. Благодаря ускорителям предусмотренную маркой прочность бетон приобретает уже через одну-две недели после заливки.

Сфера применения шлакового цемента

Основная масса производимого промышленностью шлакового портландцемента применяется в следующих работах:

Изготовления железобетонных конструкций (панели, плиты перекрытия, фундаментные блоки, несущие фермы и т.д.).
При монолитном строительстве жилых зданий и промышленных сооружений.
В производстве конструкций из бетона с применением пропаривания.
При строительных работах, в которых используется тепло-влажная обработка бетона.
При строительстве дорог – как с бетонным покрытием, так и при отливе бетонной подушки для последующей закатки асфальтом.
При отливе бетонных труб и тоннелей для инженерных сетей.
При постройке мостов и путепроводов, в том числе эстакад, виадуков, клеверных развязок.
В растворах для штукатурки и кладки.

Особенности шлакового портландцемента

Преимущества

Добавление шлака в смесь позволяет улучшить такие характеристики цемента:

Повышает устойчивость бетона к мягким и насыщенным сульфатами водам. Это достигается за счет плотной молекулярной структуры получаемого бетона и отсутствию в нем химически активных элементов. Благодаря этому свойству шлаковый портландцемент применяют при строительстве водных сооружений и погруженных в воду конструкций.
Снижает выделение тепла. Это важная характеристика для проектирования и последующего строительства массивных, тяжеловесных конструкций. При этом бетонировать в холодное время года, тем более в морозы, нельзя — бетон получится непрочным, и снизятся его характеристики.
Снижает объем необходимой для приготовления бетонного раствора воды.
Стойкость к влажной среде.
Стойкость к низким температурам воздуха.
Повышает стойкость к чрезмерно высоким температурам. Бетон способен выдержать до +800°. Это позволяет применять бетонные конструкции в производственных цехах металлургической, химической и сталелитейной промышленности.
Шлаковый портландцемент стоит до 20% дешевле по сравнению с простым ПЦ.
Бетонные изделия с применением шлакового портландцемента можно использовать не только в наземных конструкциях, но и в подземных.

Недостатки

Главный недостаток шлакового портландцемента — повышенный период затвердевания. Сразу после заливки бетон сохраняет жидкую консистенцию. Также долго идет процесс структуризации, если заливка производилась при низких температурах.

Для более быстрого затвердения используют обработку залитых поверхностей теплом и теплой влагой: применяют тепловые пушки, а когда раствор немного затвердеет — заливают горячей водой или обдают горячим паром.

Вторым недостатком шлакового цемента надо назвать более короткий срок годности. ШПЦ сохраняет свои характеристики на протяжении 45 суток с момента изготовления. Таким образом, этот вид цемента целесообразно применять на больших стройках, где потребление цемента в сутки отсчитывается тоннами. Для маленьких строек и бытовых нужд жителей частного сектора ШПЦ применять можно, но желательно сразу после покупки пускать его в работу, и покупать так, чтобы не оставалось излишков.

Нормативные документы

Данный вид бетона – это такой материал для строительства, в изготовлении которого вяжущим веществом является смесь щелочного раствора и молотого шлака. В роли заполнителей могут использоваться: песок, щебень и гравий. Что касается щелочей, то здесь актуальна сода двух видов: кальцинированная и каустическая, либо метасиликат натрия.

Разновидности

Придуман был данный материал русским ученым в 70-х годах прошлого века. Новый способ пришел на замену старому, и многие строения, построенные во времена СССР после 70-х годов, использовали в своей конструкции новый тип стройматериала. Главные качества шлакощелочного бетона – это повышенная прочность, а также улучшенные показатели надежности и долговечности.

На основе гранулированного шлака

Первым на рынок вышел шлакощелочной бетон на основе гранулированного шлака и сразу же стал широко использоваться по всему миру. За счет специальных добавок, а именно, отходов теплоэнергетической, горнодобывающей и металлургической промышленностей, этот шлак сразу же решает несколько проблем:

– во-первых, это экономия, так как дорогостоящий цемент заменяется на более дешевый аналог;

– во-вторых, это бережность к экологии: шлак не выбрасывается, загрязняя природу, а находит применение в строительстве.

Шлакощелочной бетон на основе гранулированного шлака намного крепче обычного: при сжатии выдерживает до 150 МПа, морозостойкость выросла до 1000 циклов, укладывать в опалубку разрешено до температуры -40 °С. Используется в основном в строительстве зданий.

С кальцинированной содой

Эта сода является компонентом, заменяющим щелочь во время смешивания со шлаками. Ничего особенного, просто без этого компонента не добиться нужной вязкости, которая и является причиной высокой прочности изготавливаемого материала. Без соды бетон будет хрупкий и не выдержит больших нагрузок при сжатии.

Фибробазальтовый

Такой тип шлакощелочного бетона стал использоваться при строительстве дорог. Является самоуплотняющимся и имеет показатель морозостойкости F-300. Был изготовлен военными инженерами из Санкт-Петербурга.

Во время смешивания материалов при изготовлении фибробазальтового бетона в него постепенно добавляют базальтовую фибру, которая выполняет роль арматуры. Армированная смесь имеет высокую прочность, а щелочные добавки улучшают коррозийную устойчивость.

Дорога на основе фибробазальтового бетона хорошо ложиться на грунт, имеет высокую устойчивость к нагрузке (до 10 т на ось), а также требует меньше затрат по сравнению с асфальтом.

Без цемента

Производится без использования привычного портландцемента, на замену приходят шлакощелочные вяжущие вещества. Состоит из молотого шлака, смешанного со щелочью, но на месте щелочи может быть сода или

Подборка состава шлакощелочного бетона и изготовление своими руками

В первую очередь стоит стремиться к снижению количества используемого шлака и щелочного компонента. В тяжелых бетонах максимальное число шлаков не должно превышать 600 кг/м³.

Расход шлака вычисляется таким образом:

где Ш – расход шлака (кг/м³); В – расход воды (кг/м³); Ш/В – шлаководное отношение, варьируется в пределах от 1,5 до 3, принимая величину компонентов щелочи и других материалов.

где Щ – расход щелочного компонента (кг/м³); Ш/Щ – принятые по ГОСТУ соотношения щелочного компонента.

Таким способом можно рассчитать состав для 9 видов бетона, различных по количеству компонентов.

В приготовлении лучше использовать шлак из металлургической промышленности. Шлак может быть с мелкими зернами (0,5-1,5 мм), либо с крупными (20-30 мм). Мелкозернистый бетон более тяжелый и прочный, а крупнозернистый – легче, он менее долговечен, но лучше держит тепло. Иногда зерна разных размеров смешивают в соотношении 7 мелких к 3 крупным.

Первое, что нужно сделать, – увлажнить шлак. Далее компоненты смешиваются в нужной пропорции. Мешать нужно до образования однородной массы, затем добавить воды и снова перемешать.

Существует отличный источник – «Рекомендации по изготовлению шлакощелочных бетонов и изделий на их основе». Данная книга была утверждена НИИЖБ в 1986 г. Госстрой СССР. Она расскажет более подробно об этом виде бетона и приведет необходимые таблицы.

Плюсы и минусы

Наиболее важные особенности шлакощелочных бетонов:

В зависимости от состава, могут быть безусадочные, жаростойкие, морозостойкие и многие другие.
Высокая прочность материала.
Коррозия арматуры сводится практически к 0.
Легко и быстро укладываются, а также хорошо подвергаются последующей обработке.
Хорошая устойчивость к агрессивной окружающей среде. .

Применение в строительстве

Изделия из такого материала не пропускают воду, поэтому шлакощелочные бетоны нашли широкое применение в строительстве каналов, гидроэлектростанций, в постройке мостов через водоём. При строительстве зданий используют чаще всего.

Блоки из такого бетона легкие, теплосберегающие и крепкие. Благодаря своей прочности используется в прокладке железнодорожных путей в качестве шпал.

Шлакопортландцемент – гидравлическое вяжущее, получаемое путем совместного помола клинкера, гипса и гранулированного доменного или электротермометаморфического шлака. Есть и другой способ производства этого вяжущего – раздельный помол компонентов с последующим их перемешиванием. Долгое время шлак считался бесполезным отходом металлургических производств, но практика показала, что с помощью его добавления в цемент можно добиться ценных характеристик вяжущего. Количество шлака в вяжущем составляет 20-80 %. До 10 % этого компонента может заменяться трепелом или другой активной добавкой.

Производство гранулированного шлака

Шлак – побочный продукт металлургического производства, состоящий из кварца, оксидов кальция, магния. Расплавленный шлак, предназначенный для добавки в портландцемент, подвергается ускоренному охлаждению водой или паром – грануляции. Скоростное охлаждение предотвращает кристаллизацию продукта, он остается в химически активном стеклообразном тонкозернистом состоянии. Гранулированный шлак, благодаря сохранению химической активности, вступает во взаимодействие с компонентом клинкера – гидроксидом кальция – с образованием гидросиликата и гидроалюмината кальция.

Компоненты цемента со шлаком:

Клинкер с содержанием магния не более 6 %. Оксид магния снижает прочность бетона.
Доменный или электротермометаморфический шлак – 20-80 %. Оптимальное количество шлаковых добавок зависит от требуемых характеристик вяжущего.
Гипс природный чистый и гипс, содержащий фосфор, бор, фтор. Содержание гипсовых компонентов не должно превышать 5 % от общей массы клинкера.

Компоненты высушивают в специальных камерах. Влажность после высушивания не превышает 1 %. После этого их перемалывают до состояния тонкодисперсного порошка.

Характеристики шлакопортландцемента

Зачем в цемент добавляют шлак?

С помощью этого технологического приема удается добиться получения целого комплекса полезных характеристик:

Повышеннаястойкость материала к мягким и сульфатным водам, благодаря отсутствию активных компонентов и плотной молекулярной структуре. ШПЦ может использоваться для строительства конструкций, эксплуатируемых во влажной среде.
Пониженноетепловыделение, что является положительным моментом при строительстве массивных конструкций, но отрицательным при бетонировании в холодные периоды года.
Умереннаяводопотребность.
Высокаяводостойкость и морозостойкость.
Повышеннаяжаростойкость – +600…+800 °C.
Стоимость, которая ниже стоимости традиционного портландцемента на 15-20 %. В масштабах крупного строительства этот фактор обеспечивает существенную экономию.
Возможность применения для строительства как наземных, так и подземных конструкций.

Цемент со шлаком отличается от цемента традиционного состава меньшей плотностью, что снижает массу готовой строительной конструкции или бетонного изделия.

Минусом шлакосодержащего материала считается замедленное твердение в первое время после заливки. Особенно медленно оно протекает при пониженных температурах. Твердение шлакопортландцемента можно значительно ускорить применением тепло-влажностной обработки. Поэтому такое вяжущее активно используется при производстве изделий, подвергаемых пропариванию.

Можно назвать еще одну отрицательную характеристику цемента со шлаком – меньший гарантированный срок годности, по сравнению с обычным ПЦ. Шлакопортландцемент способен сохранять рабочие характеристики на протяжении всего 45 суток после отгрузки с завода-изготовителя. При хранении необходимо соблюдать нормативные требования, иначе ШПЦ потеряет рабочие характеристики еще быстрее.

Виды цемента с добавкой шлака

Шлакопортландцемент по скорости твердения делится на два основных типа:

Нормальнотвердеющий. По набору прочности отстает в первые дни от обычного портландцемента. Но после трех недель твердения прочность ШПЦ выше прочности ПЦ аналогичной марки.
Быстротвердеющий. В составе такого вяжущего присутствуют ускорители твердения вулканического и минерального происхождения – пепел, пемза и другие. Марочную прочность такое вяжущее способно набрать уже после 7-14 суток твердения.

Области применения цемента со шлаком

Для чего пригоден цемент с содержанием шлака более 20 %:

Производство ЖБИ – панелей, плит перекрытия.
Изготовление монолитных строительных конструкций объектов жилого и промышленного назначения.
Изготовление бетонных изделий с применением пропаривания.
Строительство объектов с применением различных способов тепло-влажностной обработки.
Устройство дорожного полотна.
Производство бетонных труб для устройства инженерных коммуникаций.
Строительство мостовых конструкций и эстакад.
Приготовление штукатурных и кладочных растворов.

Бетонные смеси и строительные растворы на основе шлакопортландцемента в нашей стране распространены не очень широко. Они изготавливаются в заводских условиях, а их использование в строительстве контролируется инженерами-строителями.

Строитель с 20-летним стажем
Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Читайте также: