Что такое сталешлакобетон?
Строительная отрасль является одной из крупнейших в мире, и цемент и бетон буквально являются строительными блоками ее успеха. Бетонные конструкции, эволюционируя от доисторических пещер до сегодняшних высоких небоскребов, были и будут оставаться жизненно важными компонентами современной цивилизации, обеспечивая долговечную и надежную опору для зданий, дорог, мостов, туннелей и плотин. Настолько, что бетон является наиболее потребляемым материалом на Земле, уступая только воде, в то время как сталь, используемая для его армирования, является наиболее часто используемым металлом. Но это не обходится без высоких экологических издержек: на долю бетона приходится 8% глобальных выбросов CO2, большая часть которых приходится на добычу и транспортировку заполнителей, таких как песок, гравий и щебень.
Большая часть строительства более здоровых городов заключается в том, чтобы сделать бетон более устойчивым, но это сопряжено со многими проблемами. Остановка производства бетона просто невозможна, а его полная замена — это скорее долгосрочный подход, который все еще кажется недостижимым. Итак, сегодня речь идет, скорее, о поиске способов уменьшить воздействие материала на окружающую среду без ущерба для его высоких характеристик. Но где искать? Недавние исследования показывают, что одно из решений может быть найдено в переработанных промышленных отходах, особенно в побочном продукте производства стали, называемом сталелитейным шлаком. Ниже мы раскроем его перспективный потенциал в сфере архитектуры и строительства.
Замена природных заполнителей промышленными отходами
Заполнители являются одним из наиболее важных компонентов бетона; около трех четвертей его объема состоит из мелких и крупных заполнителей, связанных цементом. Это означает, что все основные свойства бетона – долговечность, механическая прочность, удобство эксплуатации и т. д. – тесно связаны с качеством и типом заполнителя. Неустанно используемые в течение десятилетий, большинство природных заполнителей, которые традиционно используются для бетонных смесей, являются дефицитными, имеют проблемы, связанные с долговечностью, а их добыча вызвала огромное количество загрязнения. Как показывает это исследование 2021 года, «неконтролируемое использование природных ресурсов на протяжении многих лет создавало серьезные экологические проблемы. Например, песок и гравий, безудержно вывозимые из русел ручьев, нанесли ущерб окружающей среде». Таким образом, замена природного заполнителя становится альтернативным решением для обеспечения устойчивости.
Хотя его крупномасштабный архитектурный потенциал все еще изучается и испытывается, стальной шлак может иметь многообещающее будущее в строительной отрасли в качестве частичной замены цемента или заполнителя. На протяжении многих лет это изучалось в нескольких исследованиях, и многие исследователи и инженеры уже обнаружили возможность использования сталеплавильного шлака в качестве подходящего заполнителя бетона. Стальной шлак, считающийся одним из самых перспективных отходов, является неизбежным побочным продуктом производства стали. Он образуется в больших количествах при отделении жидкой стали от примесей в сталеплавильных печах. Шлак представляет собой расплавленный жидкий расплав и представляет собой сложный раствор силикатов и оксидов, который затвердевает при охлаждении, в результате чего образуется стекловидный гранулированный материал, который затем измельчается до соответствующего размера для использования в качестве заполнителя в бетоне (или подвергается дальнейшей обработке для получения другие продукты).
Шлака много, и он потенциально ценен. «Глобальная сталелитейная промышленность производит более 130 миллионов тонн сталеплавильного шлака каждый год, — говорит инженер по водным ресурсам Биплоб Праманик из Мельбурнского университета RMIT. По данным Всемирной ассоциации производителей стали, только в Европе в качестве побочного продукта образуется 15,7 млн тонн этого металлургического шлака, из которых 11,5 млн тонн перерабатываются. Огромное количество сталелитейного шлака, производимого сталелитейными заводами по всему миру, является основным мотивом для переработки материала, тем более зная, что в противном случае он будет выброшен.
Повышенная прочность, долговечность и экологичность
Использование стального шлака в бетоне в конечном итоге снижает количество отходов, образующихся в сталелитейной промышленности. Промышленные отходы сильно загрязняют окружающую среду, поэтому придание им новой ценности — отличный способ внести свой вклад в экономику замкнутого цикла. В то же время сталешлакобетон снижает потребность в первичных заполнителях, предотвращая добычу ограниченных природных ресурсов и сокращая выбросы CO2, сохраняя при этом выдающиеся физические свойства бетона.
Поскольку остановить производство цемента и бетона невозможно, в качестве альтернативы существующей проблеме лучше всего обратиться к переработке промышленных отходов, что является еще одной экологической проблемой. – Генсель и др., 2021 г.
Еще одна причина, по которой сталешлакобетон привлек большое внимание в последние годы, заключается в том, что он обеспечивает ряд преимуществ, помимо экологической устойчивости. Когда бетон уложен и отвержден, частицы стального шлака становятся неотъемлемой частью бетонной матрицы, выступая в качестве наполнителя и помогая улучшить плотность бетона, что, в свою очередь, повышает его прочность и долговечность.
Поскольку стальной шлак представляет собой очень плотный и твердый материал, он устойчив к атмосферным воздействиям и разрывам и может выдерживать большую нагрузку и давление, чем традиционные заполнители, такие как гравий и известняковый щебень. На самом деле, австралийские ученые сделали новый бетон из стальных отходов, и результаты оказались на 17% прочнее. Другие обнаружили, что образцы со стальным шлаковым заполнителем имели значительно более высокую прочность на сжатие, чем образцы с дробленым известняком, и что объем проницаемых пор уменьшался с увеличением количества стального шлака, что обеспечивает лучшую обрабатываемость и облегчает его укладку и отделку. Он также имеет более низкий коэффициент теплового расширения, чем традиционные заполнители, что означает, что он может уменьшить усадочное растрескивание в бетонных конструкциях.
Сталеплавильный шлак может обеспечить большие преимущества как с точки зрения окружающей среды, экономики, так и устойчивого развития. Он может заменить портландцемент при коэффициенте замещения до 45% при значительных значениях прочности на сжатие. – Генсель и др., 2021 г.
Прорывной материал с экстраординарным потенциалом
Сталеплавильный шлак благодаря своей механической прочности, пористости, износостойкости и водопоглощению уже используется в качестве мелкого и крупного заполнителя для асфальтобетонных дорожных смесей, а также в качестве сырья для клинкера, в качестве балласта для железных дорог и в качестве наполнителя. в различных раскопках. Благодаря передовым исследованиям и испытаниям его использование в бетоне получает все большее признание благодаря своим экологическим и физическим свойствам, что, вероятно, означает, что вскоре он может быть расширен и для других целей. Например, в качестве подходящего материала для высокопрочных бетонных конструкций, таких как настилы мостов и небоскребов, или для любого другого здания, которое традиционно строится из обычного бетона и может использовать дополнительную прочность и устойчивость. Инженеры, архитекторы и дизайнеры могут воспользоваться этими многообещающими качествами и использовать этот материал с пользой для создания более здоровых и качественных зданий.
Однако важно отметить, что сталешлакобетон не так хорошо изучен, как традиционный бетон, и способ его разработки сегодня все еще имеет некоторые ограничения, среди которых возможность расширения из-за присутствия металлического железа в бетоне. шлак и другие реакции с компонентами бетона, которые могут быть нежелательными в долгосрочной перспективе. Но даже в качестве прорывного материала сталешлакобетон обладает исключительным потенциалом. И поскольку мир становится только теплее, инновационные материалы такого рода всегда будут интересны для изучения.
Источник: АrсhDаilу
