Использование отходов металлургического
производства при изготовлении полистиролбетона

 

В настоящее время на отвалах Металлургического завода им. А.К. Серова скопилось более 5 млн. тонн отходов доменного производства, в основном в виде гранулированного доменного шлака, причем его количество постоянно возрастает. Аналогичная ситуация складывается на отвалах других крупных предприятий Урала, Магнитогорского, Нижнетагильского и Челябинского металлургических комбинатов. При запуске электропечей мартеновского цеха Ревдинского метизно-металлургического завода значительно возрастет ежегодный объем получающихся шлаков, причем существующих отвалов для хранения отходов хватит только на ближайшие 5 лет.

Данный факт тревожит специалистов-экологов достаточно давно, так как громадные площади, занимаемые горами выработанных отходов, ухудшают и без того неблагоприятную экологическую ситуацию, складывающуюся в Уральском регионе. Ввиду ежегодного выхода новых колоссальных количеств металлургических шлаков их утилизация представляет для руководства соответствующих промышленных предприятий довольно сложную хозяйственную проблему.

До настоящего времени разрабатывалось множество подходов к решению проблемы использования отходов черной металлургии в различных отраслях промышленности, причем многие из них основывались на внедрении новых технологий. Практика показывает, что предлагаемые пути решения этой непростой задачи, в основе которых лежат новые достижения российской науки, частично решают существующую проблему, но утилизация доменных шлаков производится далеко не в тех объемах, которые необходимы сегодня.

В соответствии с Программой переработки техногенных образований, проводимой в настоящее время Правительством Свердловской области, Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства предлагает использование доменных гранулированных шлаков при изготовлении перспективного строительного материала – конструкционно-теплоизоляционного полистиролбетона.

Рис.1. Образцы полистиролбетона и его структура

 

С точки зрения физической химии отличительной чертой доменных гранулированных шлаков от других техногенных отходов является стеклообразное состояние данного вида шлаков. Этот шлак представляет собой мелкие частицы с крупностью песка. С точки зрения строительного материаловедения его можно использовать в качестве заполнителей для бетонов, в том числе и полистиролбетонов. Кроме того, в шлаке присутствует около 10 % пылеобразной фракции. Для заполнителя это является вредной примесью, но именно в доменном гранулированном шлаке эта фракция может выступать в качестве активной добавки к цементу, существенно повышающей прочность растворной матрицы полистиролбетона для несущих строительных конструкций. Основные исследования проводятся на доменном гранулированном шлаке Металлургического завода им. А.К. Серова,  так как он является наиболее характерным представителем этого вида шлаков. Кроме того, его вяжущая активность подтверждена продолжительной практикой применения на заводе ОАО «Невьянский цементник» при производстве шлакопортландцемента. С экономической точки зрения замена песка на шлак оправдана, так как стоимость шлака в 50-100 раз меньше и, кроме того, сокращают затраты металлургических предприятий на складирование шлаков. Помимо этого, внедрение в серийное строительство конструкционно-теплоизоляционного полистиролбетона позволит использовать шлаки в достаточно больших объемах.

В рамках работы проведены исследования шлака в Госсанэпиднадзоре. Сделано заключение о возможности использования шлака в хозяйственной деятельности без ограничений, т.к. шлак по удельной активности радионуклидов 107 Бк/кг является однородным и соответствует требованиям ОСПОРБ-99. Количество вредных для здоровья человека химических элементов также мало и составило: меди – 3,0 мг/дм³, никеля – 4,0 мг/дм³, кобальта – 5,0 мг/дм³, хрома – 6,0 мг/дм³ и цинка – 23,0 мг/дм³. класс опасности шлака - четвертый по ГОСТ 12.1.007.

В данный момент в ОАО институт «УралНИИАС» широко ведутся исследования свойств полистиролбетона на местных техногенных отходах как наиболее эффективного конструкционно-теплоизоляционного материала. Рассмотрено несколько видов шлаков и определены наиболее рациональные составы, которые рекомендованы для продолжения исследований применительно к строительным конструкциям, совмещающим функции несущих, теплоизоляционных и звукоизоляционных элементов.

Исследования будут продолжены по следующим научным направлениям:

- изучение прочностных и деформационных свойств полистиролбетона;

- исследование совместной работы стальной арматуры и полистиролбетона;

- изучение долговечности полистиролбетона и арматуры в его среде;

- разработка методик расчета изгибаемых и внецентренно сжатых армированных конструкций из полистиролбетона.

Изготовление и испытание образцов полистиролбетона и железобетонных конструкций проводятся в аккредитованном Госстроем России Испытательном центре ОАО института «УралНИИАС».

 

 Беляков Владимир Александрович,

Руднов Василий Сергеевич