Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ В ПЕРМСКОМ КРАЕ ПУТЁМ ПРОИЗВОДСТВА ТРОТУАРНОЙ ПЛИТКИ

Пугин К.Г. 1 Волков Г.Н. 1 Мальцев А.В. 1
1 ПНИПУ «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
В статье рассказывается об одном из способов применения в строительстве отходов чёрной металлургии – использовании шлакового щебня в качестве крупного и мелкого заполнителя бетонных смесей. Обоснована актуальность проблемы переработки металлургических шлаков, которая заключается в том, что количество многотонажных залежей шлаков с каждым днем становится все больше и больше, следовательно, актуальность вопроса переработки и использования данного отхода возрастает. Предложен тип продукции для применения шлакового щебня – это тротуарная плитка, так как это современный строительный материал, массово производимый и не предъявляющий к качеству бетона высоких требований. Приведены результаты исследований применения шлакового щебня в качестве заполнителя при производстве тротуарной плитки и сделаны выводы о результате замены природных заполнителей.
тротуарная плитка
шлаковый щебень
1. ГОСТ 17608-91 – Плиты бетонные тротуарные.
2. ОАО «Чусовской металлургический завод» [Электронный ресурс]. – URL: http://оао-чмз.рф (дата обращения 29.05.2012 г.).
3. Оценка негативного воздействия на окружающую среду строительных материалов, содержащих отходы черной металлургии / К.Г. Пугин, Я.И. Вайсман, Г.Н. Волков, А.В. Мальцев // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 2.
4. Пугин К.Г. Снижение экологической нагрузки сталеплавильного производства за счет использования мелкодисперсных железосодержащих отходов в металлургии // Научные исследования и инновации. – 2010. – Т. 4. – № 3.
5. Пугин К.Г Технические условия применения минерального порошка из отходов металлургии для асфальтобетонных смесей // Молодой ученый. – 2010. – № 8–1.
6. Пугин К.Г. Негативное воздействие шлаковых отвалов черной металлургии на объекты окружающей среды на примере города Чусового // Экология урбанизированных территорий. – 2011. – № 2.
7. Пугин К.Г. Использование отходов металлургии в асфальтобетонах // Строительные материалы. – 2011. – № 10.

На предприятиях металлургической отрасли в связи с особенностями технологии производства до 40 % от первоначального сырья уходит в отходы – шлаки. Учитывая объёмы современного производства металлов, количество производимых шлаков огромно. На сегодняшний день данные отходы в большинстве случаев складируются, не подвергаясь никакой дальнейшей переработке. Например, на ОАО «Чусовской металлургический завод» за годы работы скопилось более 150 млн т металлургических шлаков, и это представляет собой глобальную экономическую и экологическую проблему [6].

Сложившуюся ситуацию стало возможным изменить с 2000 года, когда предприятие наладило производство сертифицированного в соответствии с ГОСТ 3344–83 и ГОСТ 5578–94 шлакового щебня различных фракций [2]. На данный момент шлаковый щебень Чусовского металлургического завода применяется в основном при строительстве дорог в качестве замены природному щебню [3, 5, 7]. Однако, несмотря на известные технологии применения шлакового щебня в бетонных смесях, изделия из бетонов с шлаковым заполнителем не получили должного распространения [4].

Цель исследования. Популяризацию применения шлакового щебня в качестве заполнителя для бетонных смесей стоит начинать с отработки технологии применения данного материала в неответственных бетонных изделиях, производимых в больших объёмах. Тротуарная плитка − современный строительный материал, массово производимый и не предъявляющий к качеству бетона высоких требований, именно тротуарная плитка была выбрана в качестве экспериментального продукта для применения шлакового щебня ЧМЗ в качестве заполнителя бетонных изделий. Цель исследования заключалась в выявлении возможности производства тротуарной плитки, соответствующей по прочности ГОСТ 17608-91[1], на основе шлакового щебня ЧМЗ.

Материалы и методы исследования

Тротуарная плитка – это строительный материал, получаемый путём формовки бетонной смеси нужных геометрических параметров либо вибрированием, либо вибро-прессованием. Как и любая бетонная смесь, смесь для получения тротуарной плитки состоит из крупного и мелкого заполнителя и минерального вяжущего.

В качестве минерального вяжущего использовался горнозаводский портландцемент ПЦ400 Д20, при производстве которого также применяются металлургические шлаки. В виде мелкого заполнителя использовался строительный песок с модулем крупности 2.

Так как целью исследования является изучение возможности применения шлакового щебня в производстве тротуарной плитки только в качестве заполнителя, для экспериментов была выбрана фракция шлакового щебня 0–5 производства ЧМЗ. Данная фракция может выступать в качестве крупного и мелкого заполнителя одновременно и даёт возможность отказаться от применения песка, вовлекая большее количество шлаков в производство и позволяя дополнительно снизить себестоимость изделия.

Бетонные образцы изготовлялись методом вибролитья. Было получено два вида образцов: стандартные кубические образцы 100×100×100 для прочностных испытаний и образцы тротуарной плитки для изучения визуального качества готовой продукции и свойств формуемости смеси.

Результаты исследования и их обсуждение

Первые образцы были получены на основе смеси «цемент-песок-шлак» с вариацией соотношения компонентов, целью создания этих образцов являлось изучение возможности замены гранитного (природного) щебня в «классической» бетонной смеси шлаковым. Проведённые прочностные исследования образцов дали следующие результаты, приведённые в табл. 1.

Таблица 1

Результаты замены гранитного щебня шлаковым

Смесь

Соотношение компонентов в частях по объёму

Прочность 14 суток

ПЦ 400

Песок

Шлак 0–5

Эталон

1

2

3 Щебень

212,9

1

1

1

3

211

2

1

1,5

3

205

3

1

2

3

154

4

1

2,5

3

142

5

1

2

1

237

6

1

2

2

184

7

1

2

3

154

Анализ результатов экспериментов и сравнение образцов на основе шлака с эталонными образцами показал, что при замене природных наполнителей отходами чёрной металлургии можно добиться требуемой прочности и визуального качества изделия, а в некоторых случаях даже превзойти их.

В ходе работ была выдвинута идея о полном отказе от природных заполнителей. Создание бетонной смеси на основе шлакового щебня и вяжущего стало возможным благодаря применению отсева шлака фракции 0–5, который включает в себя как крупные, так и мелкие частицы.

В процессе экспериментов было отмечено, что смеси на основе шлаков получаются более жёсткие, что повышает их конечную прочность, но ухудшает формуемость, соответственно предъявляя специфические требования к технологическому процессу.

Была создана партия образцов без применения песка цемент-шлаковый щебень, и подвергнута дальнейшим исследованиям результаты которых приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты исследования образцов на основе шлакового щебня

Смесь

Соотношение компонентов в частях по объёму

Прочность 14 суток

ПЦ 400

Песок

Шлак 0–5

Эталон

1

2

3 Щебень

212,9

1

1

Нет

3

287,3

2

1

Нет

4

205,4

3

1

Нет

5

96,9

Полученные результаты доказали возможность отказа от природных компонентов, подтолкнув к дальнейшим исследованиям.

Дальнейшие изыскательные работы велись в направлении изучения набора прочности образцов на основе шлакового щебня. Итоги исследования свелись к графикам набора прочности (рисунок), которые показывают, что образцы с использованием шлакового щебня набирают достаточную прочность для отгрузки готовой продукции уже на десятые сутки, а конечная прочность изделий удовлетворяет ГОСТу на тротуарную плитку.

Исследованиям подвергались три состава смесей с использованием в качестве заполнителя только шлакового щебня фракции 0–5, 1–3,1–4, 1–5 – это обозначение состава смесей, где 1 – это одна часть цемента, вторая цифра − это количество частей шлакового щебня по объёму. Анализ результатов показал, что смеси 1–3 и 1–4 можно применять для производства тротуарной плитки, так как они соответствуют классу бетонов В25 и В22,5. Смесь 1–5 получилось низкомарочная и подходит для неответственных бетонных конструкций.

Выводы

Проведённые исследования по применению шлакового щебня в качестве заполнителя бетонных смесей при производстве тротуарной плитки доказали, что при замене гранитного щебня шлаковым можно добиться требуемой прочности, предъявляемой к тротуарной плитке согласно ГОСТ 17608–91. Кроме того, в ходе исследований была доказана возможность производства изделий только с использованием шлакового заполнителя, что является экономически и экологически целесообразным и позволяет экономить природные ресурсы, улучшать экологическую ситуацию и снижать себестоимость изделия.

pic_44.tif

График набора прочности шлаковых образцов

Рецензенты:

Лобов Н.В., д.т.н., проректор по учебной работе, ПНИПУ «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь;

Петров В.Ю., д.т.н., профессор, президент, ПНИПУ «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь.

Работа поступила в редакцию 29.12.2012.


Библиографическая ссылка

Пугин К.Г., Волков Г.Н., Мальцев А.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ В ПЕРМСКОМ КРАЕ ПУТЁМ ПРОИЗВОДСТВА ТРОТУАРНОЙ ПЛИТКИ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 1-2. – С. 419-421;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30963 (дата обращения: 09.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074