Так, шлак полусухой грануляции, получаемый при механическом дроблении и отбрасывании в воздух предварительно охлажденного, но еще не затвердевшего шлака, приобретает более плотную структуру и имеет примерно в 1,5 раза больший объемный вес по сравнению со шлаком мокрой грануляции, полученным из того же жидкого шлака. Влажность шлака мокрой грануляции колеблется в пределах 15-35% (редко 10%), шлака полусухой грануляции 5-10%; насыпной объемный вес того и другого шлака соответственно 400-1000 и 600-1300 кг/м. Чем выше температура доменной плавки, тем более легким получается гранулированный шлак.

Установки мокрой грануляции производят большую часть гранулированного шлака, однако вследствие большой влажности и малого объемного веса получаемого при этом шлака такой способ грануляции имеет ряд недостатков:

1) Большой расход топлива на сушку шлака перед его помолом (до 80 кг условного топлива на тонну сухого шлака);

2) Низкая производительность шлакосушильного оборудования;

3) Непроизводительные перевозки железнодорожным транспортом воды, содержащейся в шлаке, а также недоиспользование подъемной силы вагонов при загрузке их легковесным шлаком;

4) Смерзаемость мокрогранулированного шлака в железнодорожных вагонах, а также бункерах и на открытых складах в зимнее время, что влечет за собой длительные сверхнормативные простои вагонов и большие затраты ручного труда при выгрузке смерзшегося шлака на цементных заводах.

Доменные гранулированные шлаки в России и некоторых европейских странах используются преимущественно для производства вяжущих материалов, особенно для производства шлакопортландцемента.

5. Шлакопортландцемент

Шлакопортландцемент - вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака и гипса или путем тщательного смешения тех же, но раздельно измельченных компонентов. Предпочтительнее применять клинкер алитово-алюминатный (с высоким коэффициентом насыщения и с увеличенным количеством трехкальциевого алюмината).

Содержание свободной извести может быть несколько выше обычного, и в этом случае не возникает опасности неравномерного изменения объема цемента, так как шлаковый компонент химически связывает известь. При наличии дешевых глиноземосодержащих материалов их добавляют в сырьевую смесь с целью повышения содержания С3А в клинкере. Необходимо, чтобы содержание ангидрида серной кислоты в цементе согласно стандарту не превышало 3,5%, а окиси магния в исходном клинкере - 5%. Количество доменного гранулированного шлака в шлакопортландцементе должно составлять не менее 30 и не более 70% от веса цемента.

Часть шлака (не более 15% от веса цемента) может быть заменена активной минеральной добавкой.

Гидравлическая активность применяемого гранулированного шлака оказывает существенное влияние на качество шлакопортландцемента. Она тем выше, чем выше основность шлака и чем больше содержится в нем окиси алюминия. При осуществлении производственного контроля на заводах гидравлическую активность определяют физико-механическими испытаниями образцов шлакопортландцемента при различном содержании в нем данного шлака в различные сроки твердения.

6. Процесс получения шлакопортландцемента

Производственный процесс получения шлакопортландцемента заключается в предварительном высушивании доменного гранулированного шлака в сушильном барабане до влажности, не превышающей 1%, загрузке высушенного шлака, портландцементного клинкера и гипса в бункерах цементных мельниц, их точном дозировании и помоле. Как уже упоминалось, размол компонентов может быть совместным или раздельным (при последующем тщательном их смешивании). В настоящее время применяют только схему совместного помола компонентов шлакопортландцемента, более простую и технологическую.

Строгое соблюдение установленных нормативов по тонкости помола шлакопортландцемента предопределяет его качество.

· согласно стандарту тонкость помола шлакопортландцемента должна быть такой, чтобы при просеивании через сито №008 проходило не менее 85% навески.

Тонкоизмельченный гранулированный шлак обладает главным образом скрытой (потенциальной) гидравлической активностью. Возбуждается она гидратом окиси кальция, выделяющимся при гидролизе трехкальциевого силиката портландцементной составляющей (известковое возбуждение), и добавляемым при помоле сульфатом кальция (гипсовое возбуждение).

Схематически твердение шлакопортландцемента можно себе представить как результат ряда процессов, протекающих одновременно, а именно:

· гидролиза и гидратации клинкерных минералов;

· взаимодействие гидрата окиси кальция с глиноземом и кремнеземом, находящимися в шлаковом стекле, с образованием гидросиликатов, гидроалюминатов, а также гидросиликоалюминатов кальция;

· взаимодействие трехкальциевого гидроалюмината кальция клинкера с сульфатом кальция с образованием гидросульфоалюмината кальция по реакции

В случае применения основного шлака, богатого окисью кальция, когда в его составе, наряду со стеклом, содержится кристаллическая фаза в виде силикатов кальция, помимо перечисленных процессов протекает также реакция гидратации этих минералов с образованием гидросиликатов кальция. Процесс взаимодействия трехкальциевого гидроалюмината с гипсом в отсутствии шлака, т. е. при твердении обычного портландцемента, протекает иначе, чем при твердении шлакопортландцемента. В данном случае четырехкальциевый гидроалюминат не может образоваться, так как известь непрерырвно связывается шлаком, и концентрация ее в жидкой фазе может не достигнуть предельной для четырехкальциевого гидроалюмината (1,08 г/л). Вследствие пониженной концентрации извести при твердении шлакопортландцемента гидросульфоалюминат кальция образуется главным образом в результате взаимодействия реагирующих компонентов в жидкой фазе; кроме того, образуются гидросиликаты более низкой основности, чем при твердении портландцемента.

Шлакопортландцемент твердеет несколько медленнее, чем портландцемент, в особенности при пониженных положительных температурах. Это объясняется значительным содержанием шлака. Однако при тончайшем помоле, в особенности двухступенчатом, и содержании шлака около 30-35% скорость твердения шлакопортландцемента такая же.

7. Применение шлакопортландцемента

В США и Японии доменные гранулированные шлаки применяются в основном для производства заполнителя. Последнее направление позволяет вовлечь в строительный комплекс значительно большее количество шлака, чем в производство из него вяжущих веществ. Особенно эффективно производство шлакового щебня при использовании технологии придоменной переработки шлака. При этом используется та тепловая энергия, которая была аккумулирована шлаковым расплавом в процессе производства чугуна. Такая технология позволяет достичь значительную экономию топливно-энергетических ресурсов.

В последние годы наблюдается рост шлаковых отвалов вокруг металлургических заводов России. Одной из причин уменьшения использования доменных гранулированных шлаков цементной промышленностью является падение спроса на шлакопортландцемент. В этой связи приобретает большое значение расширение масштабов производства шлакового заполнителя, в том числе шлаковой пемзы, которая является заменителем керамзита, а также литого шлакового щебня для тяжелых бетонов.