ГлавнаяОпределение активности шлака. Аппаратура. Лабораторная шаровая мельница, или барабан с металлическими шарами, малый прибор для стандартного уплотнения, гидравлический пресс мощностью 30—50 тс; сушильный шкаф, лабораторная мешалка, торговые весы, сито с отверстиями размером 0,071 мм, ванна для хранения образцов.
Берут пробу шлака массой 5 кг, высушивают до постоянной массы и размалывают в шаровой мельнице или барабане с металлическими шарами до остатка 6—10% на сите 0,071 мм, Определяют оптимальное количество воды для затворения шлака по максимальной плотности смеси. Для этого отбирают навеску 7.20— 750 г молотого шлака, смачивают водой в количестве 6—8% от шлака и тщательно перемешивают в сферической чаше в течение 5 мин. Из приготовленной смеси отбирают контрольную пробу и определяют фактическую влажность. Затем из смеси формуют три образца диаметром и высотой 50 мм в малом приборе стандартного уплотнения грунтов Союздорнии. Образцы уплотняют 40 ударами гири массой 2,5 кг, падающей с высоты 30 см. После уплотнения плунжер и насадку снимают, срезают ножом излишки смеси, образцы освобождают из формы и взвешивают с точностью до 0,1 г.
Такое определение с уплотнением повторяют несколько раз, причем каждый раз увеличивают влажность молотого шлака, на 2% Влажность увеличивают до устойчивого уменьшения объемной массы уплотненной смеси. Объемную массу скелета смеси определяют по формуле
где W — фактическая влажность смеси, % к массе сухого молотого шлака; γ — масса влажной смеси, г/см3; g — масса образца при данной влажности (средней из трех образцов), г.
По результатам определений строят график, откладывая по оси ординат объемную массу скелета смеси γск, а по оси абсцисс — фактическую влажность. Наивысшая точка полученной кривой показывает оптимальную влажность и максимальную плотность смеси.
Молотый шлак с оптимальным количеством воды перемешивают в течение 2,5 мин в лабораторной мешалке или в сферической чашке в течение 10 мин.
Из шлаковой смеси (~3 кг) при помощи малого прибора стандартного уплотнения изготовляют 10 образцов-цилиндров с высотой и диаметром 50 мм. Эти образцы можно уплотнить также на прессе при давлении 200 кгс/см2 в течение 3 мин.
Первые 7 сут. образцы хранят на воздухе при температуре 18—20° С, затем помещают на 19 сут во влажную камеру и после этого в течение 2 сут насыщают водой. Насыщенные водой образцы испытывают на прессе в возрасте 28 сут.
За показатель активности принимают среднее арифметическое значение предела прочности при сжатии 10 образцов.
Допускается определение активности производить на образцах, изготовленных из смесей с водо-шлаковым отношением 0,12; 0,14; 0,16. Из каждой смеси готовят 10 образцов. За показатель активности в этом случае принимают наибольший из трех средних пределов прочности при сжатии 10 образцов.
Шлаки, применяемые для изготовления щебня и шлаковой мелочи, в зависимости от степени активности подразделяют на высокоактивные, активные и малоактивные.
Шлаки считаются высокоактивными, если после испытания образцов предел их прочности при сжатии будет более 50 кгс/см2. Если предел прочности образцов при сжатии будет 25—50 кгс/см2, шлаки считаются активными, и менее 25 кгс/см2 — малоактивными.
Определение устойчивости структуры щебня (сульфидный, известковый и силикатный распады). Аппаратура: сушильный шкаф, электрический автоклав, торговые весы, набор сит с круглыми отверстиями диаметром 5, 10, 20, 40 мм, мешочки из плотной ткани.
Определение сульфидного и известкового распадов. Пробы щебня испытуемой фракции высушивают до постоянной массы и просеивают сквозь сита с отверстиями, соответствующими наибольшей и наименьшей крупности зерен испытываемой фракции. От каждой фракции отбирают для испытания по две пробы (объемом 1 л каждая для фракций 5—40, 10—20 мм и 1,5 л фракции 20—40 мм) и взвешивают. Приготовленные пробы щебня помещают в мешочки из плотной ткани и погружают в ванну с дистиллированной водой на 30 сут. По истечении указанного срока пробу щебня вынимают из воды, высушивают и просеивают сквозь сито, на котором она оставалась до испытания.
Остаток на сите взвешивают и вычисляют потерю в массе с точностью до 0,1% по формуле
где g1 — масса высушенной пробы до испытания, г; g2 — масса высушенной пробы после испытания, г.
Определение силикатного распада. Испытанные на сульфидный и известковый распады пробы помещают в автоклав. В течение 30 мин давление в автоклаве поднимают до 2 кгс/см2. При этом давлении щебень выдерживают 6 ч, после чего давление в течение 20 мин снижают до атмосферного.
Пробы щебня вынимают из автоклава, промывают, высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу и просеивают сквозь сито, на котором они оставались до испытания. Остаток на сите взвешивают и вычисляют потери в массе по формуле
где g1 — масса навески до испытания, г; g2 — масса навески после испытания, г.
Испытание шлака на силикатный распад может производиться с помощью пропаривания. Пробу шлака в течение 3 ч выдерживают в парах кипящей воды в бачке, затем в течение 3 ч выдерживают в воде комнатной температуры. Пропаривание и охлаждение повторяются 3 раза.
Силикатный распад наблюдается у шлаков, богатых известью (свыше 45%). При медленном остывании в шлаке, содержащем известь более 45%, образуются неустойчивые формы двухкальциевого силиката: α, β, γ. Формы α и β переходят в γ. Переход 2CaO*SiO2 из формы α и β в форму γ сопровождается увеличением объема двухкальциевого силиката на 10%, что вызывает внутренние, напряжения в шлаке, появление трещин и распад шлака.
Испытание шлака на силикатный распад может производиться также ультрафиолетовым светом при помощи кварцевой лампы. При облучении ультрафиолетовыми лучами у шлаков, подверженных распаду, на поверхности появляются многочисленные светло-желтые (до цвета бронзы) пятна и точки.
Железистый (сульфидный) распад наблюдается у шлаков, содержащих FeO больше 1,5%. Сущность железистого распада состоит в том, что железо соединяется с сульфидной серой, образуя FeS2. Последнее соединение, соприкасаясь с водой, переходит в водную окись, увеличиваясь в объеме примерно на 38%, что и вызывает разрушение шлака.
Осмотр шлаков по внешним признакам. При внешнем осмотре шлака следует обращать внимание на его структуру, окраску, наличие включений, налетов и трещин. Однородные по окраске и плотные кристаллической структуры шлаки более прочны, чем неоднородные, пористые и стекловатые.
Шлаковый щебень по ГОСТ 3344—73 для дорожного строительства в зависимости от крупности подразделяется на фракции 0— 5; 5—10; 10—20; 20—40; 40—70 и 70—120 мм.
По морозостойкости щебень из шлаков делится на марки Мрз 15, Мрз 25, Мрз 50, Мрз 100, Мрз 150 и Мрз 200. Определение морозостойкости шлакового щебня производится так же, как и щебня из природных каменных материалов по вышеприведенной методике.
Шлаковый щебень по результатам испытаний на дробимость и в полочном барабане делится на четыре класса прочности.
Шлак 1-го класса прочности при испытании на устойчивость всех видов распада должен иметь потерю в массе не более 3%, 2-го класса — не более 5%, 3 и 4-го классов — не более 7%.
Щебень в зависимости от физико-механических свойств предназначается для устройства всех видов покрытий, оснований и подстилающих слоев дорожных одежд.
Шлаковая мелочь (размер зерен менее 5 мм), обладающая вяжущими свойствами (активностью), предназначается для устройства монолитных оснований и покрытий типа шлакобетон. При применении шлакового щебня для устройства дорожных оснований с использованием его химической активности в шлаке может допускаться до 30% шлаковой муки, получившейся в результате силикатного распада (тонкие частицы мельче 2 мм).
Содержание слабых частиц, в том числе примесей футеровочного огнеупорного кирпича для 1 и 2-го классов не должно превышать 5%, 3-го класса — 10%, 4-го класса — 15% но массе.
В последние годы сделаны попытки внедрить в исследование шлаков и изготовляемых на их основе битумошлаковых материалов новые методы (электронную микроскопию, инфракрасную спектроскопию, рентгеновский анализ, ртутную порометрию). К таким работам, в частности, следует отнести исследование возможности использования титанистых шлаков, проведенное С. М. Масловым в Воронежском инженерно-строительном институте. Эти и другие методы, позволяющие исследовать структуру получаемых материалов и происходящих с течением времени изменений в ней, а также явления, происходящие на мокромолекулярном уровне, имеют большую перспективу и должны всемерно развиваться.