Металлургические шлаки — эффективные заменители природных каменных материалов, используемых для строительства и ремонта автомобильных дорог. По свойствам щебень из шлака не уступает продукту, полученному из твердых пород, а иногда и превосходит его.

С учетом физико-механических свойств щебень, песок и их смеси применяют для устройства конструктивных слоев дороги всех видов — покрытий, оснований, дополнительных слоев оснований и т. д. (рисунок).

Типовые схемы конструкций дорожных одежд с использованием шлаков:
а — для магистральных улиц; б — для дорог местного значения:
1 — цементобетон, 2 — укатываемый цементобетон на золошлаковых заполнителях; 3 — песок; 4 — асфальтобетон высокоплотный, плотный (мелкозернистый); 5 — асфальтобетон плотный, пористый (крупнозернистый); 6 — цементобетон на золошлаковых заполнителях; 7 — укрепленная золошлаковая смесь (8–10 мас. % цемента); 8 — железобетонные предварительно напряженные плиты

Достаточно прочные основания автомобильных дорог получают из смеси щебней из активного шлака и слабых известняков. Щебень из мартеновских шлаков с успехом используют для заклинки дорожного основания, изготовленного из гранитного щебня.

Особенность асфальтобетонных покрытий, полученных с применением сталеплавильных шлаков, — отсутствие деформаций сдвига даже при интенсивном движении тяжелого транспорта.

Шлаковый щебень содержит некоторое количество мелочи, которое значительно возрастает при укатке во время сооружения дорожного полотна. Порошкообразные сталеплавильные и доменные шлаки являются низкомарочными вяжущими и способны создавать монолитное основание дороги, прочность которого значительно повышают небольшие добавки цемента и извести в качестве активизатора.

В зависимости от требований к прочности и долговечности устраивают одно- или двухслойные основания из шлаков. Наибольшая толщина слоя — до 20 см — при крупности материала до 110 мм; до 16 см — при крупности материала до 70 мм. Наименьшую толщину слоя устанавливают с таким расчетом, чтобы размер самой крупной фракции составлял не более 0,7–0,75 толщины слоя.

В зависимости от крупности фракционированный шлаковый щебень применяют для верхних и нижних слоев оснований дорог I–V категорий способом заклинки. В качестве расклинивающего материала служат щебеночные смеси из активного шлака фракции 0–20 (40) мм. Обработанный органическими вяжущими материалами щебень фракции 10–20 мм применяют также при устройстве верхних и нижних слоев покрытий дорог III–V категорий.

При устройстве основания дороги шлаковый щебень имеет преимущества по сравнению с гранитным. Благодаря большей шероховатости поверхности зерен он легче укатывается. Если принять время укатки слоя основания дороги из гранитного щебня за единицу, то время укатки слоя такой же толщины из шлакового щебня составит 0,63–0,72. Основание из шлакового щебня долговечно.

Щебеночные смеси из активных и высокоактивных шлаков фракции 0–70 (120) мм оптимального зернового состава используют при устройстве верхних и нижних слоев полужестких оснований дорог I–V категорий. Щебеночные смеси из малоактивных шлаков активизируют CaCl₂, Na₂CО₃, CaSО₄.

Роль основного вяжущего в шлаковых щебеночных смесях играют шлаковые песок и мука. На начальной стадии эксплуатации дороги полужесткое основание из активного шлака работает как материал, несущая способность которого обеспечивается плотностью скелета и заклинкой щебеночных фракций. Такие основания не дают присадок и имеют повышенный модуль упругости 300–400 МПа. В процессе эксплуатации они превращаются в монолитную устойчивую плиту. Модуль упругости полужестких оснований возрастает до 1 200 МПа.

Шлаковый песок служит для приготовления асфальтобетона и в качестве активной минеральной добавки.

Применение металлургических шлаков снижает стоимость строительства дорожных одежд на 14–15 % по сравнению с равнопрочными конструкциями из гранитных материалов.

Перспективно использование шлаков черной металлургии для укрепления грунтов при создании оснований автодорог.

Лабораторные и производственные эксперименты свидетельствуют об эффективности применения отвальных доменных, мартеновских и электросталеплавильных шлаков для стабилизации наиболее трудноукрепляемых связных грунтов в различных дорожно-климатических зонах России.

Материалы из цемента, шлака и грунта, используемые для различных конструкций слоев оснований дорожных одежд, обладают достаточно высокой прочностью (1,4–8,2 МПа), водостойкостью (0,96–1,17) и морозостойкостью (0,71–0,82). Длительный характер упрочнения материалов свидетельствует об их долговечности. Этот вывод, основанный на лабораторных экспериментах, вполне соответствует результатам наблюдений за модулем упругости конструкции дорожных одежд экспериментальных участков — за 2 года эксплуатации фактический общий модуль упругости (153–330 МПа) дорожных одежд значительно превысил его проектное значение (138 МПа).

При сооружении конструктивных слоев дорожных одежд материал из цемента, шлака и грунта готовят или непосредственно на дороге путем смешения грунта с вяжущим материалом и водой, или в стационарных смесителях.

В соответствии с требованиями Руководства по строительству оснований и покрытий автомобильных дорог из щебеночных и гравийных материалов (СоюздорНИИ) в дорожном строительстве можно использовать шлаки и золошлаки, имеющие зерновой состав 0–40 мм, прочность 300 кгс/см², морозостойкость Мрз 25. В соответствии с ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия» золы можно применять в качестве минерального порошка. При этом в золе должно быть не менее 45 % частиц мельче 0,071 мм.

В Пермском крае в г. Чусовом есть большие запасы шлака. Его испытания позволили сделать ряд выводов.

Щебень из доменного текущего шлака, выпускаемого ОАО «Чусовской металлургический завод», удовлетворяет требованиям ГОСТ 5578-94 по технологическим показателям — зерновому составу, содержанию зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм, пылевидных частиц, примесей металла, дробимости и плотности, устойчивости против силикатного и железистого распада.

По содержанию растворимого в щелочах диоксида кремния щебень из шлака удовлетворяет требованиями ГОСТ 26633-91. Содержание сульфидной серы отвечает требованиям ГОСТ 5578-94 и 26633-91.