Lánek – Aplikace strusek v dopravním stavitelství

Struska je recyklovatelný materiál, který se často používá ve stavebnictví jako plnivo při přípravě betonových směsí. Průmyslové odpady se liší chemickým složením a fyzikálními vlastnostmi a jejich cena je výrazně nižší než u jiných kameniv. Díky tomu je struska velmi oblíbeným materiálem při stavbě silnic. Kromě toho se minerální vlna, škvárové bloky, pemza, odlitky a mnoho dalšího vyrábí z recyklovaných materiálů. Díky použití recyklovaných materiálů je zajištěna bezodpadová technologie výroby stavebních materiálů a výrazně se snižuje míra znečištění životního prostředí.

Američané poprvé začali používat strusku při stavbě silnic již v roce 1908. Technologie se osvědčila a začaly ji používat i další země.

Hutní strusku lze využít při výstavbě dálničních náspů při nové výstavbě. Struska může být také použita jako drť v podkladních vrstvách vozovky nebo ve směsích drceného kamene a písku, které se ukládají do podkladních vrstev. V současné době je zvažována problematika použití strusky v cementobetonových směsích pro stavbu komunikací s cementobetonovou vozovkou.

Je třeba poznamenat, že struska na různých skládkách má heterogenní strukturu a různé vlastnosti, ale to není problém. Dodavatelé i náš ústav disponují moderními laboratořemi, které dokážou vyhodnotit možnost použití těchto strusek. Velmi perspektivní může být jejich použití s ​​přídavkem pojivových materiálů pro stavbu svrchních vrstev místních komunikací.

Hutní a fosforové strusky jsou dobrou surovinou pro výrobu stavebních hmot. Rozmístění strusek, i když nerovnoměrné, po celé zemi ještě více zefektivňuje jejich využití, protože se zkracuje vzdálenost, ze které se materiály dopravují na staveniště. V největší míře se využívá železná metalurgická struska, zejména vysokopecní struska. Více než 50 % vysokopecní strusky se zpracovává na granulovanou strusku.

V zahraničí se používají ocelové strusky. Při stavbě silnic je účelnější použít drť z nich do asfaltobetonových vozovek. Drcená ocelová struska a asfaltový beton na ní mají vysokou odolnost proti opotřebení a mají potřebné třecí vlastnosti, které poskytují povlaku požadovaný koeficient adheze. Ocelová struska s vysokým obsahem fosforu se zpracovává na hnojiva. Roční produkce těchto strusek je asi 15 milionů tun ročně. Strusky z neželezné metalurgie jsou však cennými surovinami pro získávání celého komplexu kovů, které v nich zůstávají po vytěžení hlavního produktu, což omezuje jejich použití ve stavebnictví. Mají určité odlišnosti od strusek z metalurgie železa. Ve struskách metalurgie neželezných kovů se prakticky nevyskytuje oxid manganu, tím méně oxid vápenatý a oxid hořečnatý. Zároveň obsahují až 50 % oxidu železnatého, a proto mají vysokou skutečnou hustotu (2,8-4,9 g/cm3). Ve srovnání se struskami z metalurgie železa jsou strusky z metalurgie neželezných kovů tepelně a elektricky vodivější. V silničním stavitelství je z 1 mil. tun cca 0,7 mil. tun využito především na stavbu podkladů z drceného kamene a přípravu asfaltobetonových směsí na bázi drceného kamene a písku ze strusky z výroby mědi a niklu.

Struska z výroby fosforu je ve srovnání s metalurgickou struskou méně běžným materiálem. Při roční produkci více než 1,5 mil. m3 se na stavební materiály zpracuje cca 0,6 mil. m3. Z tohoto množství se na výstavbu komunikací nevyužívá více než 0,26 mil. m3.

Drcený kámen a písek se používají do asfaltu a cementového betonu, do podkladů a dodatečných vrstev vozovek a do násypů. Drcený kámen se získává drcením a tříděním strusky vzniklé na skládkách analogicky se zpracováním přírodních hornin nebo pomalým chladnutím tekuté strusky odváděné ve vrstvách. Průměrná hustota lité drti je vyšší než drť ze skládek. Vyrábí drcený kámen frakcí 5 – 120 mm.

Granulovaná struska je široce používána jako surovina pro výrobu hydraulických pojiv, písku do betonu a asfaltového betonu a jako tepelně izolační materiál. Granulované strusky z aktivních vysokopecních strusek lze použít jako samostatné pojivo při stavbě podkladů a obkladů ze zemin a kamenných materiálů ošetřených pojivy. Granulovaná struska se vyrábí rychlým ochlazením kapalné strusky. Jeho vlhkost může dosáhnout 10 %, objemová hmotnost závisí na chemickém složení a způsobu výroby. Ve většině případů je to méně než 1200 kg/m3.

Pouze v betonu je použití struskového drceného kamene a písku poněkud omezeno. To platí zejména pro silniční beton.
Zkušenosti však ukazují, že pomocí strusky je možné vyrobit beton s pevností v ohybu 5,2-6,4 MPa a pevností v tlaku 30-45 MPa. K přípravě betonu byly použity měděné tavicí strusky obsahující 13–39 % oxidu železitého, 31–49 % oxidu křemíku, 8–16 % oxidu vápenatého a 10–11 % oxidu hlinitého. Drcený kámen určený pro použití do betonu měl průměrnou hustotu 2,90 g/cm3, pórovitost asi 3-8 %, nasákavost do 1 % a opotřebení v regálovém bubnu asi 30 %. K přípravě cementového betonu byl použit drcený struskový kámen o zrnitosti 20–40 a 5–20 mm. Spotřeba cementu třídy 500 byla 300–330 kg. Poměr voda-cement je 0,38–0,5.

Vliv granulované strusky na vlastnosti betonu byl testován na směsích, ve kterých se obsah granulované strusky měnil od 0 do 100 % každých 20 %. Pro srovnání byly vzorky připraveny na drceném žulovém kameni. Výsledky studie ukázaly, že pevnost betonu v tlaku se zvyšuje o 0–20 % se zvyšujícím se obsahem granulované strusky od 21 do 29 % a při dalším zvyšování se prakticky nemění.

Pevnost betonu na křemenném písku a drti ze strusky je 70% pevnosti betonu stejného složení na žulové drti. Rozdíl v pevnosti lze vysvětlit vysokým obsahem skla ve strusce a mírnou drsností povrchu drceného kamene z ní vyrobeného. Pevnost v tlaku byla 39,6–28 MPa.

Pevnost v tahu (ohybu) je prakticky nezávislá na složení betonu a je rovna 6,3–5,1 MPa. Maximální hodnota platí pro beton na bázi žulové drti a písku, minimální hodnota platí pro beton na bázi struskové drti a 40 % granulované strusky. Pro praktické použití se doporučuje beton s 20-60% granulované strusky z celkového množství písku.
Po testování mrazuvzdornosti (100 cyklů) se pevnost vůči stáří 28 dnů snížila pouze u směsí obsahujících 100 a 80 % granulované strusky.

Zkušenosti s používáním odpadní strusky z měděné tavby v betonu tedy ukazují možnost jejího využití.

Beton na bázi lité niklové strusky má vyšší mechanické vlastnosti než beton na bázi žulové ruly bez ohledu na plasticitu směsi a spotřebu cementu, která se pohybovala od 200 do 400 kg na 1 m3 betonu.

Pevnost v tlaku se měnila v souladu se spotřebou cementu pro beton starý 28 dní (směs se zpracovatelností 60 s z 24,2 na 42,7 MPa).

Granulovaná niklová struska, stejně jako granulovaná struska z tavení mědi, je kompletní složkou betonu. Beton na bázi granulované strusky má dostatečnou zpracovatelnost. Někdy má beton vyrobený z granulované strusky vyšší pevnost než beton vyrobený z místního stavebního písku.

Současně je třeba poznamenat, že beton vyrobený z granulované strusky má často díky své velké velikosti a hranatosti zrn horší plastické vlastnosti než beton vyrobený z říčního písku. Pevnost je přitom o 15-25 % nižší, což vede k nutnosti používat granulovanou strusku spolu s říčním pískem v poměru 1:1.

Odpad z výroby zinku je pro beton nevhodný, protože vzorky staré 28 dní byly snadno zničeny rukou. Vysvětluje se to velmi pomalým tuhnutím cementu, které je ovlivněno přítomností zinku, respektive uhličitanu zinečnatého, který výrazně prodlužuje dobu tuhnutí hydraulických pojiv. Když je obsah uhličitanu zinečnatého asi 0,3 % hmotnosti cementu, je pozorováno znatelné zpomalení tvrdnutí betonu. Všechny studované odpady z výroby zinku mají vysokou reaktivitu.

Pemza vzniká bobtnáním strusky s rychlým následným ochlazením. Objemová hmotnost pemzy je menší než 1000 kg/m2. Pemza může být ve formě drceného kamene nebo štěrku. Pemza v betonu podobná štěrku je ekonomičtější než drcená pemza. Při stavbě silnic lze pemzu použít na podklady vozovek, když jsou ošetřeny pojivy. Takové vrstvy působí jako tepelná izolace. Pemza se také používá k přípravě lehkého betonu.

Lití – dlažební kostky, desky na podlahy a chodníky, obrubníky, trubky se vyrábí z roztavené strusky speciální technologií. Pevnost odlitku je velmi vysoká: pevnost v tlaku je 200-400 MPa, pevnost v ohybu je 40-50 MPa. Pro srovnání by měla být specifikována pevnost v ohybu betonu pro dálnice, která nepřesahuje 5 MPa. Lité trubky se vyrábějí ze strusky pro zabezpečení důlních děl. Jejich výkon je vyšší než u betonových trubek, zejména v prostředí s agresivními vodami. Struskové licí trubky se používají k dopravě abrazivních sypkých materiálů.

Lití metalurgické strusky je druh kamenného materiálu. Výrobky z odlévání kamene a strusky nacházejí široké uplatnění v chemickém, uhelném, těžebním, hutnickém, energetickém a jiném průmyslu, ale i ve stavebnictví, dopravě a zemědělství. Lité výrobky účinně nahrazují kov při práci v abrazivních a agresivních podmínkách, beton a železobeton – v průmyslu, vodním stavitelství a silničním stavitelství.

Při volbě surovin pro výrobu litých výrobků se stanovenými vlastnostmi je nutné vzít v úvahu nejen materiálové složení suroviny, ale také podmínky krystalizace. Surovina by měla mít nízký bod tání, produkovat taveninu, která dobře plní formy, a rozsah kolísání oxidů by neměl přesáhnout 3 % hmotnosti. Pro výrobu litých výrobků jsou vhodné strusky se sníženým obsahem oxidu vápenatého a síry. Oxid vápenatý by měl být nižší než 0 %. Ve většině případů je jeho výše omezena na 20-10%.

Lité výrobky z niklové strusky mají pevnost v ohybu 74 MPa a nasákavost 0,13 %.
Ze strusek z tavení mědi byly získány výrobky s pevností v tlaku větší než 100 MPa a pevností v tahu 5-10 MPa.

Výrobní strusky olova a zinku jsou také dobrou surovinou pro výrobu litých výrobků. Po přidání do strusky obsahující 45 % oxidu křemičitého, 10 % oxidu hlinitého, 9 % oxidu hořečnatého, 16 % oxidu vápenatého, 20 % křemenného písku byla získána struska-sitall s pevností v tlaku 490-510 MPa a pevností v ohybu 150 MPa. .

Kombinace vysoké pevnosti, odolnosti proti opotřebení a chemické odolnosti ve všech agresivních prostředích umožňuje použití těchto materiálů v různých odvětvích národního hospodářství. Odlévané výrobky z olověné strusky mají tyto mechanické vlastnosti: pevnost v tlaku 170-230 MPa, mikrotvrdost 6000-7000 MPa.

Hlavním typem výrobků je granulovaná struska a drcený kámen. Struskové pojivo pro výrobu betonu, zpracování kamenných materiálů a zemin se připravuje z granulované a odpadní strusky. Téměř všechny strusky jsou vhodné pro výrobu pojiv. Pro dosažení maximálního účinku je však nutné zvolit optimální složení pojiva a optimální podmínky pro jeho vytvrzení. Toho lze dosáhnout klasifikací strusek jako surovin pro získávání pojiv. V klasifikaci jsou strusky seřazeny sestupně podle své aktivity: od strusek, které vyžadují malé přídavky aktivátorů tvrdnutí a nízkých teplot (20-100 °C), po strusky s nízkou aktivitou, které vyžadují zvýšené dávkování aktivátorů tvrdnutí a zpracování při vysoký tlak a teplota (150-200 °C) .

Velmi často působí jako aktivátory cement a vápno. Pro urychlení tuhnutí se přidává sádra. Pro přípravu hydraulických pojiv se nejvíce používají strusky z metalurgie železa. Strusky z neželezné metalurgie lze použít k přípravě pojiv vytvrzovaných v autoklávu. Mletá struska 70-80%, vápno nebo cementový slínek 15-25%, sádra 5% tvoří pojivo, na jehož základě se vyrábí beton třídy 100-400. Ze strusky lze získat vápenostruskový cement o aktivitě až 15,0 MPa.
Výrobci stavebních materiálů přitom ze země těží obrovské objemy žuly. Produkty spalování paliva a emise maziv poškozují životní prostředí. Nenávratně ničí půdu a hloubí hluboké lomy.

Použití strusky tak může snížit negativní dopad na přírodu a pomoci snížit náklady na výrobu stavebních materiálů.

V článku jsou použity materiály z následujících zdrojů: