Сырьевые ресурсы на Земле неотвратимо истощаются. При этом промышленные предприятия образуют миллионы тонн отходов, которые обычно превращаются в мусор и загрязняют экологию, а ведь их можно использовать в производстве.
В чёрной металлургии в результате доменного производства остаются такие побочные продукты, как граншлак и отсев щебня шлакового. Эти материалы долгое время считались техногенными отходами, которые занимали значительные площади, но сейчас тренд в условиях дефицита и экологических рисков — на рециклинг. К примеру, отсев щебня уже активно применяют при строительстве дорог, покрытии пешеходных дорожек, в изготовлении бетонных смесей, тротуарной плитки.
Гранулированный шлак (граншлак) используется в производстве цемента, бетона, теплоизоляционных материалов. Всё чаще говорят о том, что эти отходы нужно вовлекать в производственный процесс жаростойкого бетона, который используются в химической, металлургической и строительной промышленностях для создания печей. Даже при сильном нагревании он не проседает, не покрывается трещинами и не плавится. Чаще всего такой бетон применяют в промышленности.
Гранулированный доменный шлак состоит в основном из оксидов кремния, кальция, алюминия и магния
Уже сейчас отходами металлургического производства, такими как доменные и феррохромовые шлаки, часто заменяют традиционные минеральные заполнители (гравий, щебень). Шлаковая крошка имеет высокую плотность и прочность, хорошо сопротивляется термическим нагрузкам и химическим воздействиям. Это позволяет создавать бетонные конструкции, способные выдерживать высокие температуры (до +800–+1200 °C).
Шлаки добавляют в состав цемента, улучшая его структуру и эксплуатационные характеристики. Например, гранулированные шлакопортландцементы получают путём измельчения шлака совместно с клинкером портландцемента. Эти цементы отличаются повышенной стойкостью к воздействию высоких температур и агрессивных сред.
Использование промышленных отходов и шлаков способствует улучшению технических характеристик жаропрочного бетона, снижает себестоимость продукции и решает экологические проблемы утилизации опасных материалов.
Преимущества жаропрочного бетона
- Высокая устойчивость к высоким температурам: жаропрочные бетоны способны выдерживать температуру свыше +1000 °C длительное время без потери эксплуатационных свойств.
- Прочность и долговечность: такой бетон обладают повышенной прочностью даже при воздействии огня и резких изменений температуры.
- Устойчивость к химическим воздействиям: многие марки демонстрируют хорошую стойкость к агрессивным средам, таким как кислоты и щелочи.
- Экологичность: современные технологии позволяют создавать экологически чистые составы, не выделяющие вредных веществ при нагревании.
- Экономическая эффективность: применение жаропрочного бетона позволяет снизить затраты на ремонт и обслуживание промышленных объектов, работающих в экстремальных условиях.
На этот раз интегрировать отходы в производство жаропрочного бетона попыталась учёные из Вологды. Группа исследователей Череповецкого государственного университета (ЧГУ) с кафедры строительства под руководством кандидата технических наук, доцента Аллы Каптюшиной совместно с доцентом Ильёй Кононовым и старшим преподавателем Алёной Петровской предложила использовать отходы в качестве замены традиционным природным заполнителям, таким как известняковый щебень. Учёные разработали и запатентовали новый вид бетона — жаростойкий шлакофибробетон, сообщает пресс-служба вуза.
Шлакофибробетон — это композитный материал, в котором вместо природного камня применяются переработанные шлаковые отходы. Благодаря добавлению фибр (коротких армирующих волокон), бетон получает повышенную прочность и устойчивость к растрескиванию. Однако главной особенностью новой разработки стало повышенное сопротивление воздействию высоких температур — до 800 °C.
Проведённые исследования показали, что замена природных заполнителей на шлаковые даёт ряд преимуществ
Это делает его идеальным материалом для применения в специальных конструкциях, например, в футеровках тепловых агрегатов, где обычный бетон не выдерживает термической нагрузки.
По мнению исследователей, разработка позволит решить проблему утилизации невостребованных отходов металлургии и удешевит производство печей и жаропрочных конструкций. Проведённые испытания показали, что добавление шлаковых отходов позволило снизить трещинообразования за счёт более плотной структуры материала, повысить общую прочность и устойчивость к внешним воздействиям.
При этом исключаются затраты на геологоразведочные работы, строительство и эксплуатацию карьеров, освобождаются значительные земельные участки от воздействия негативных антропогенных факторов.
Учёные ЧГУ планируют провести дополнительные испытания, после чего внедрить технологию на промышленных объектах.
Результаты проведённых испытаний показали, что использование шлаковых отходов в составе бетона даёт сразу несколько преимуществ:
- Снижение трещинообразования за счёт более плотной структуры материала;
- Повышение общей прочности и устойчивости к внешним воздействиям. Добавление шлаков в состав бетона позволяет увеличить прочность материала, особенно при воздействии экстремальных условий эксплуатации. Это связано с наличием в шлаках активных компонентов, способствующих образованию прочных кристаллических структур.
- Шлаки повышают долговечность конструкции благодаря устойчивости к агрессивным средам, таким как кислоты и щелочи. Поэтому применение шлакового бетона обеспечивает длительную эксплуатацию конструкций даже в сложных условиях окружающей среды.
- Значительное снижение себестоимости продукции за счёт использования дешёвых вторичных материалов;
- Импортозамещение — возможность отказаться от дорогостоящих аналогов, ранее поставлявшихся из-за рубежа;
- Экологический эффект — переработка промышленных отходов снижает антропогенную нагрузку на окружающую среду. Ко всему прочему, шлаки, используемые в производстве бетона, проходят специальную обработку, исключающую выделение вредных веществ во внешнюю среду. Таким образом, технология утилизации улучшает состояние экологии и сохраняет природные ресурсы.
Кроме того, исследовательская группа планирует продолжить работу над модификацией структуры бетона с целью достижения ещё более высоких эксплуатационных характеристик. Это открывает возможности для использования материала не только в металлургии, но и в других сферах промышленного строительства.
Егор Петров
