Строительные материалы

Стройматериалы из отходов

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Возможности применения шлаков электротермического производства фосфора в производстве строительных материалов не менее широкие, чем металлургических и топливных. Наличие примесей соединений фосфора и фтора, более высокое содержание кремнезема и меньшее глинозема определяют некоторые особенности использования этого вида отходов.

Вяжущие материалы. Большинство фосфорных шлаков применяется в цементной промышленности. Фосфорный шлак соответствует требованиям, предъявляемым к активным минеральным добавкам искусственного происхождения. Сравнительно низкое содержание А1203 обусловливает меньшую гидравлическую активность фосфорных шлаков по сравнению с доменными. В нормальных температурных условиях шлак электротермофосфорного производства не обладает вяжущими свойствами, также незначительна его прочность в условиях пропаривания. Однако фосфорные шлаки хорошо активизируются щелочными возбудителями, в связи с чем их используют в производстве шлакощелочных вяжущих.

Установлена возможность комплексной активизации тонкомолотого электротермофосфорного шлака небольшими добавками извести (0,5— 3,0%), хлористыми, сернокислыми и углекислыми солями щелочных и щелочно-земельных металлов. Марки безобжиговых солешлаковых вяжущих при обработке: тепловлажностной — М200—М500, автоклавной — М300—М900. Для них характерна повышенная сульфатостой-кость, применение их вместо цемента возможно лишь при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций без изменений существующих технологий с тепловлажностной обработкой в пропарочных камерах и автоклавах.

Использование безобжигового солешлакового вяжущего позволяет совместить технологию производства вяжущего и бесцементных бетонов в одном комплексе. При этом упрощается процесс производства вяжущих, который сводится к сушке и помолу гранулированного электротермофосфорного шлака совместно с добавкой извести-кипелки до удельной поверхности 2800—3500 см2Д. Так как все виды применяемых солей являются водорастворимыми, то введение их в бетонную смесь осуществляется с водой затворения.

Одной из областей применения безобжигового солешлакового вяжущего может служить производство на его основе легкобетонных панелей из бетонов классов В3,5—В10 и конструкционных керамзитобетонных изделий из бетонов классов В15—В25.

Морозостойкость керамзитобетона классов В3,5—В10 составляет более 35 циклов, классов В15—В25 — более 50.

Прочность сцепления керамзитобетона с арматурой на солешла-ковом вяжущем составляет 3,06—4,14 МПа, что соответствует показателям сцепления цементного керамзитобетона с арматурой.

Химический состав фосфорных шлаков позволяет частично или полностью заменить ими глинистый компонент в производстве порт-ландцементного клинкера. При добавке 3—5% шлака возможно загус-тевание сырьевого шлама и снижение его текучести в результате коагуляции. При увеличении дозировки до 8—10% шлам вновь приобретает удовлетворительную растекаемость.

Фосфорные шлаки, содержащие до 3% Р205, фтора 1—2% и оксидов марганца 1 — 1,5%, являются комплексными минерализаторами и легирующими добавками, ускоряющими обжиг и положительно влияющими на активность портландцементного клинкера. Оксид фосфора содействует росту активности клинкера при содержании его не более 0,3%, а при большем — нормальный процесс клинкерообразо-вания нарушается и качество цемента снижается. Для получения в клинкере 0,2—0,3% Р205 количество фосфорных шлаков в сырьевой смеси должно составлять 8—10%. Отмечено, что при таком количестве шлака декарбонизация сырьевой смеси начинается при более низкой температуре и идет интенсивнее, а температура спекания снижается на 100—150 °С. Это обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг и повышение производительности печей на 3—6%. Одновременно существенно повышается гидравлическая активность клинкера (на 5—10 МПа в 28-суточном возрасте). Легирующее действие фосфорных шлаков объясняется изменением свойств клинкерных минералов при образовании их твердых растворов, содержащих Р205. Изменение тонкой структуры клинкера приводит к снижению микротвердости минералов фосфорсодержащего клинкера, что, в свою очередь, снижает удельный расход электроэнергии на помол цемента.

Благодаря повышенному содержанию кремнезема, фосфорные шлаки могут заменять в сырьевой смеси кремнеземистые добавки, применяемые при выпуске сульфатостойкого портландцемента. Коэффициент сульфатостойкости и прочностные показатели цемента при твердении в сульфатных растворах возрастают на 10—15%.

При содержании фосфорных шлаков в сырьевых смесях более 10% резко повышается силикатный модуль и обжиг клинкера затрудняется, несмотря на минерализующее действие фтористых соединений. Увеличение в цементе количества оксида фосфора более 1,5% замедляет сроки схватывания. Цемент с повышенным содержанием Р205 характеризуется меньшей теплотой гидратации в раннем возрасте, чем цемент с такой же минералогией, но изготовленный на обычном клинкере. В более позднем возрасте эта разница сглаживается.

Фосфорные шлаки также эффективны в качестве активной минеральной добавки при измельчении клинкера. Их вводят в портландцемент и шлакопортландцемент в том же количестве, что и гранулированные доменные шлаки. При этом содержание в них Si02 должно составлять не менее 38%, (СаО + MgO) — не менее 43 и Р205 — не более 2,5%.

В отличие от доменных, фосфорные шлаки представлены в основном стекловидной фазой псевдоволластонитового состава, что удлиняет формирование структуры шлакопортландцемента. Схватывание фосфорно-шлакового цемента замедляется по мере возрастания содержания в нем шлака. Прочностные показатели этого вида шлакопортландцемента в ранние сроки ниже, чем обычного, особенно при высоком содержании фосфорных шлаков. Однако в возрасте 3—5 мес прочность фосфорно-шлакового цемента становится выше, чем цемента на основе доменных шлаков. Как и другие виды шлакопортландцемента, фосфорно-шлаковый интенсивно твердеет при тепловлаж-ностной обработке, особенно при высоких температурах.

Характерной особенностью фосфорно-шлаковых цементов является высокая сульфатостойкость, обеспечиваемая низким содержанием в шлаках глинозема и уменьшением щелочности среды в результате связывания гидроксида кальция со шлаковым стеклом.

Материалы из фосфорно-шлаковых расплавов. Из фосфорно-шлаковых расплавов можно получать шлаковую пемзу, вату и литые изделия. Шлаковую пемзу получают по обычной технологии без изменения состава фосфорных шлаков. Она имеет насыпную плотность 600—800 кг/м3 и стекловидную мелкопористую структуру. Фосфорно-шлаковая вата характеризуется длинными тонкими волокнами и средней плотностью 80—200 кг/м3.

Фосфорно-шлаковые расплавы могут перерабатываться в литой щебень по траншейной технологии, применяемой на металлургических предприятиях. Технологическая цепь состоит из электротермической печи, литейных траншей и дробильно-сортировочного узла.

Промышленная установка для получения литого щебня состоит из отделения наполнения расплавом шлаковозных ковшей, литейных траншей с кантовальными механизмами и устройствами для полива водой, экскаваторов для разработки остывшего шлака, механизмов для дробления, фракционирования, складирования и отправки щебня потребителю. Оптимальная толщина слоя шлака в траншее 100— 200 мм, при этом количество получаемого шлакового щебня прочностью не ниже 100 МПа и средней плотностью 2500—2550 кг/м3 составляет 95—100%.

На основе щебня, полученного из огненно-жидких шлаков, изготавливают бетоны с пределом прочности до 50 МПа без перерасхода цемента. Для них характерны более высокие, чем при применении гранитного щебня, значения модуля упругости и меньшие предельные деформации.

Из огненно-жидких фосфорных шлаков можно отливать брусчатку с высокой плотностью и механической прочностью. В закристаллизованных фосфорных шлаках преобладающими минералами являются волластонит (65—70%), мелилит (20—25%) и апатит (5—7%).

Из шлаков электротермического производства фосфора получают шлакоситаллы прочностью до 400 МПа, обладающие повышенной стойкостью в агрессивных средах и при высоких температурах. Они имеют более низкую себестоимость, чем аналогичные материалы на основе доменных шлаков, что объясняется дешевым составом шихты для варки стекломассы, а также требуют меньших удельных капиталовложений в их производство.

Испытаниями установлено положительное влияние добавки фосфорных шлаков (20—40%) на прочность при сжатии керамических изделий. Применение фосфорных шлаков в производстве кирпича позволяет повысить марку стеновых изделий.

Установлена возможность применения фосфорных шлаков в качестве основного компонента керамических масс, например при производстве фасадной плитки. Являясь плавнем, шлак способствует образованию требуемого количества жидкой фазы и улучшает спекание керамики. Одновременно, благодаря игольчатому строению псевдо-волластонита, он служит армирующим компонентом.

Использование фосфорных шлаков при производстве керамических изделий сопряжено с определенными трудностями. При шликер-ном способе подготовки массы введение добавки шлаков вызывает некоторое загустевание шликеров. Наличие в составе шлаков соединений фосфора и серы может стать причиной повышенной загазованности и требует соответствующих вентиляционных систем.