УДК 625.731.812
Кашапов З.М., Рамаданова Н.И.
ЗАО «Южуралавтобан», г. Магнитогорск
Голяк С.С., Шишкин В.И.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
По основным характеристикам (химическому и минералогическому составу, морозостойкости) шлаки представляют ценное сырье для приготовления нерудных материалов и минеральных вяжущих, на основе которых изготавливают цементо- и асфальтобетонные смеси для дорожных одежд.
Активные шлаки частично заменяют традиционные вяжущие (цемент, известь) при строительстве дорог. Замена шлаками цемента, щебня и минерального порошка, на приготовление которых расходуется большое количество материальных и энергетических ресурсов, сопровождается резким снижением расхода топлива, электроэнергии и трудовых затрат на единицу строительной продукции. Многолетний опыт строительных организаций показывает, что себестоимость шлаковых дорожно-строительных материалов в 1,2-2,3 раза ниже себестоимости аналогичной продукции из горных пород.
В шлаках черной металлургии, получаемых как отходы местной металлургической промышленности на ОАО ММК, выделяют доменные и сталеплавильные.
Доменные шлаки получают при выплавке чугуна. Их свойства зависят от многих факторов, главным из них является состав железных руд. Существенное влияние на свойства шлаков оказывают свойства флюсов, топлива и режим плавки.
Сталеплавильные шлаки в зависимости от способа производства стали могут быть мартеновскими и конвертерными. Важным фактором, определяющим свойства шлака, является его структура. Она зависит от химического состава шлака и режима охлаждения. При охлаждении шлак может сохранять аморфное состояние или полностью или частично преобразовываться в кристаллическое состояние. Это говорит о том, что из шлаков одного и того же состава получают материалы различной структуры, а значит, и свойств. В отвалах шлаки имеют кристаллическую и стекловатую структуры. Количество шлаков той или иной структуры резко меняется и зависит от условий остывания.
При быстром остывании на воздухе шлаки полностью приобретают стекловидную структуру или преимущественно стекловидную. При медленном остывании формируется не только микрокристаллическая, но и среднезернистая структура.
В доменных шлаках кристаллическая часть представлена более чем двадцатью минералами, среди которых преобладает мелилит, присутствуют двухкальциевый силикат, воластонит (однокальциевый силикат) и другие минералы с истинной плотностью более 3000 кг/м3.
Сталеплавильные шлаки, как правило, обладают плотной микропорфировой структурой, состоят из двухкальциевого силиката, периклаза, менганозита и других минералов.
Шлаки ОАО ММК сегодня возможно рассматривать как побочные продукты металлургического производства. Шлаки содержат определенное количество металла, который может быть извлечен путем сепарации после дробления, остальная часть шлаков после процесса грохочения доводится до требований ГОСТ 3344-83, 8267-93 на щебеночную продукцию и шлаковый щебень.
Отсепарированные отвальные сталеплавильные шлаки успешно могут применяться для замещения грунтов, особенно пучинистых пылеватых, что характерно для геологического строения Магнитогорского региона. Шлаки обладают хорошими дренажными свойствами, малым показателем адсорбции, благодаря чему хорошо распределяются и уплотняются во влажной среде, сохраняют устойчивую структуру при уплотнении. Эти качества особенно ценны при высоком уровне грунтовых вод, имеющем место на Южном Урале, и хорошо проявляются при дорожных работах в ненастную погоду.
Перспективным направлением использования сталеплавильных отвальных шлаков после сепарации, грохочения и сортировки является его использование для устройства морозозащитных, дренирующих, выравнивающих слоев дорожной одежды.
Использование сталеплавильных отвальных шлаков для отсыпки обочин в значительной степени придает им повышенную шероховатость, дренирующую способность, большую устойчивость при наездах автотранспорта.
Доменные шлаки благодаря высокой связующей способности хорошо зарекомендовали себя при устройстве щебеночных оснований, особенно в сочетании с высокопрочными труднополируемыми изверженными материалами (граниты, порфириты).
Результаты испытаний асфальтобетонных смесей на щебне из доменных шлаков показывают высокие результаты, ничуть не уступающие результатам испытания аналогичных смесей на природных каменных материалах.
Сооружение земляного полотна из отвальных сталеплавильных шлаков после их сепарации производится согласно СНиП 3.06.03-85 с некоторыми технологическими особенностями. Подготовленная поверхность основания насыпи выравнивается шлаком размером до 40 мм с поливом водой. Шлак, обладая определенными гидравлическими свойствами, образует плотную как бы сцементированную «корку», которая предохраняет основание насыпи от размокания. Выравнивающий слой уплотняется тяжелыми (16-18 тонн) виброкатками в одном направлении при включенной вибрации. Уплотнение К=0,95 достигается после 3-4 проходов катков по одному следу.
Целесообразность использования отходов местной промышленности диктуется также необходимостью улучшения окружающей среды, освобождения площадей под текущие шлаковые отвалы и предотвращения дальнейшего разрастания отвалов.
