Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Mechaniczne i mikrostrukturalne właściwości betonu wysokowartościowego z dodatkiem żużla paleniskowego

Mechanical and microstructural properties of high performance concrete with furnace slag
Archiwum autora

Dążenie do zwiększenia wytrzymałości i szczelności zwykłego betonu przyczyniło się do powstania materiału nowej generacji, tzw. betonu wysokowartościowego.

Główne zalety stosowania betonu wysokowartościowego to oszczędność materiałów wynikająca z mniejszych i bardziej smukłych elementów konstrukcyjnych w porównaniu z elementami wykonanymi z betonu zwykłego oraz możliwość wydłużenia trwałości obiektu budowlanego.

Jednym ze składników wpływających na jakość i trwałość betonu jest kruszywo, które powinno charakteryzować się jednorodnością cech fizycznych i uziarnienia oraz nie powinno zawierać składników szkodliwych [1].

Zobacz też: Domieszki do betonów

W zależności od wymaganych własności betony produkowane z wykorzystaniem odpadów mogą mieć wiele zalet technicznych, ekonomicznych i ekologicznych.

Badania naukowe, zawarte w pracy A. Salesa, F.R. De Souza [2] wykazały, że wytrzymałość na ściskanie, absorpcja wody, moduł sprężystości betonów z recyklingu w porównaniu z konwencjonalnym betonem są na porównywalnym poziomie, a w niektórych przypadkach nawet wyższe.

Uboczne produkty spalania

Zgodnie z polityką ekologiczną i założeniami Krajowego Planu Gospodarki Odpadami [3] ilość odpadów przemysłowych w Polsce regularnie wzrasta. Polska jako jeden z krajów członkowskich UE stanęła przed koniecznością zastosowania rozwiązań ukierunkowanych na oszczędzanie energii, ochronę środowiska i wykorzystanie odpadów [4], przede wszystkim przez zaostrzające się dyrektywy unijne.

W dziedzinie gospodarki odpadami Unia Europejska wydała dziewięć dyrektyw. Priorytetem stało się tworzenie i wykorzystywanie nowoczesnych rozwiązań w budownictwie, jak i innych gałęziach gospodarki, np. ochrony środowiska i utylizacji odpadów.

Ze względu na zaostrzające się przepisy prawne oraz standaryzację wymagań UE w dziedzinie ochrony środowiska zaistniała konieczność zagospodarowywania odpadów przemysłowych pochodzących ze spalania węgla.

Polska jest jednym z czołowych europejskich producentów Ubocznych Produktów Spalania (UPS). Są to substancje mineralne powstające w wyniku spalania węgla kamiennego i brunatnego w kotłach energetycznych. Termin ten, obejmujący popioły, żużle, produkty spalania fluidalnego, mieszaniny popiołowo-żużlowe, wprowadzono w latach 90. ubiegłego roku przez krajowych producentów energii w celu zmiany wizerunku tych materiałów.

UPS mogą stanowić cenny surowiec i być jednocześnie alternatywą dla kruszyw. Wykorzystanie tych materiałów jest istotne nie tylko ze względu na oszczędności finansowe płynące z ich zagospodarowania, ale i z uwagi na kurczące się zasoby kruszyw naturalnych, które mogą być przez nie zastąpione, a także na zyski ekologiczne wynikające z likwidacji składowisk i ochrony zasobów.

W Polsce rocznie powstaje około 15 mln ton popiołów i żużli energetycznych, z których blisko 70% znajduje zastosowanie w gospodarce. Obecnie w budownictwie wykorzystuje się 95% produkowanych popiołów lotnych z węgla oraz 100% mieszanek popiołów lotnych i odpadów stałych z wapniowych metod odsiarczania [5].

Do podstawowych kierunków wykorzystania tych produktów w przemyśle materiałów budowlanych zalicza się produkcję cementów portlandzkich, betonów komórkowych, ceramiki budowlanej i kruszyw lekkich.

Budowa dróg i autostrad stworzyła kolejne możliwości zastosowania produktów spalania pod warunkiem spełnienia przez nie szeregu kryteriów, tj. posiadania odpowiedniego uziarnienia, gęstości nasypowej, wilgotności i składu chemicznego, w tym niskiego udziału wolnego tlenku wapnia.

UPS są również stosowane w górnictwie podziemnym. Do zasadniczych kierunków ich wykorzystania należy doszczelnianie zrobów zawałowych, likwidacja i wypełnianie zbędnych wyrobisk korytarzowych i wykonywanie podsadzek samozestalających [6].

Jednym z odpadów elektrociepłowni powstających w procesach energetycznego spalania miału z węgla kamiennego jest żużel paleniskowy.

Po oziębieniu żużel różni się właściwościami w zależności od szybkości chłodzenia, ma szklistą strukturę, a jako materiał jest obojętny na ługowanie. Skład chemiczny żużla paleniskowego stanowi ok. 50% krzemionki SiO2 i znaczna ilość tlenku glinu Al2O3. Wyróżnia się jego dwie zasadnicze odmiany:

  • żużel nieprzepalony mający ciemnoszare zabarwienie i strukturę o porach otwartych.
    W kruszywie występują kawałki węgla wypalonego w różnym stopniu, a ziarna są w dużej mierze zeszkliwione.
  • żużel przepalony mający zabarwienie ceglastoczerwone.

W wyniku spalenia węgla powstają duże ilości kruszywa o drobnych frakcjach i twarde spieki. Nieliczne badania składu mineralogicznego żużla wykazały, że oprócz szkliwa występują w nim kryształy mulitu, obtopionego kwarcu, anortytu, melilitu, wypalonej skały gliniastej i gliniastożelazistej, magnetytu oraz wytrącenia gipsu [7, 8]. Skład żużla nie ma praktycznego wpływu na możliwość jego zastosowania.

Ciężar nasypowy żużli paleniskowych waha się w granicach od 700 kg/cm³ do 1100 kg/cm³, ciężar objętościowy ziaren wynosi od 1200 kg/cm³ do 1800 kg/cm³, ciężar właściwy 2500–2700 kg/m³, porowatość ziaren wynosi 30-60%, a nasiąkliwość do 20%.

W przeciwieństwie do innych kruszyw, żużlom paleniskowym nie stawia się warunku wytrzymałości. Powodem jest niska jakość kruszywa i ograniczony zakres jego stosowania. Dobre wyniki uszlachetniania żużla daje zastosowanie metod odsiewu, nawilżania lub spiekania (aglomeracji).

Do celów budowlanych ze względu na jednorodność i wielkość produkcji, praktyczne zastosowanie mają jedynie żużle produkowane przez duże zakłady energetyczne. Szczegółową klasyfikację i terminologię żużli i popiołów lotnych różnych odmian i granulacji, uwzględniającą rodzaj stosowanego węgla i warunki jego spalania, precyzuje stara norma branżowa BN-79/6722-09 [5, 9].

Żużel paleniskowy powinien zawierać jak najmniejsze ilości niespalonego węgla oraz siarczanów, które mogą powodować pęcznienie betonu. O zagrożeniu żużla dla środowiska decyduje możliwość wymywania szkodliwych substancji, które mogą przenikać do wód powierzchniowych i powodować ich zanieczyszczenie.

Zawartość żelaza lub pirytu w żużlu może być przyczyną powstawania plam na powierzchni betonu. Kruszywo z żużla paleniskowego może być po obróbce zastosowane w budownictwie.

Przeczytaj: Trwałość konstrukcji betonowych a środowisko w projektowaniu zintegrowanym

Cechy fizyczne i chemiczne kruszywa powinny odpowiadać wymaganiom podanym w normie PN-EN 12620:2004 [10].

  • Cechy pożądane to zawartość ziaren poniżej 0,125 mm - do 10% w stosunku wagowym, obcych zanieczyszczeń do 1% w stosunku wagowym i związków siarki SO3 do 2%. Ponadto straty po prażeniu nie mogą przekraczać 6%, jeżeli żużel stosowany jest jako jedyne kruszywo do betonów, 12% - gdy żużel mieszany jest z innym kruszywem i 20% - gdy żużel stosowany jest do produkcji drobnowymiarowych elementów ściennych, pod warunkiem, że pęcznienie betonu nie przekracza 0,04%.
  • Ujemną cechą żużlobetonu jest jego dość duża gęstość objętościowa przy niskiej wytrzymałości na ściskanie. Zastosowanie tego kruszywa nie jest zalecane do betonów zbrojonych.

Żużel paleniskowy najczęściej stosowany jest w budownictwie drogowym do umacniania i formowania nasypów. Okresowo należy przeprowadzać badania promieniotwórczości naturalnej żużli paleniskowych z określeniem zgodnie z Instrukcją ITB 234/2003 [11] wartości wskaźników aktywności promieniotwórczej f1 i f2.

Zgodnie z Rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 2 stycznia 2007 roku w sprawie wymagań dotyczących zawartości naturalnych izotopów promieniotwórczych potasu K-40, radu Ra-226, i toru Th-228 w surowcach i materiałach (…) [12] nie mogą one przekraczać o więcej niż 20% wartości granicznych f1 = 1 Bq/kg i f2 = 200 Bq/kg.

W ostatnich latach obserwuje się coraz większe zainteresowanie strategią zagospodarowania odpadów pochodzących ze spalania węgla. W wyniku przeprowadzonych studiów literaturowych napotkano na opracowania dotyczące możliwości wykorzystania żużli paleniskowych w betonie i produktach pokrewnych.

Neville [13] stwierdza, że sposoby wykorzystania żużli nieżelaznych do produkcji betonu nie zostały dotychczas opracowane. W badaniach Nataraja i innych zaobserwowano, że próbki betonowe z żużlem paleniskowym przeważnie ulegały zniszczeniu poprzez miażdżenie żużla zastosowanego jako substytut kruszywa grubego [14]. Wytrzymałość betonu z żużlem węglowym paleniskowym wynosiła 27,6 MPa po 7 dniach dojrzewania, natomiast po 28 dniach wzrosła do 38,5 MPa.

Wyniki przedstawione przez Thomasa i innych [15] wskazały, że wytrzymałość na ściskanie betonu trójskładnikowego zawierającego 20-25% żużla i 3-5% pyłu krzemionkowego po 7 dniach jest prawie równa wytrzymałości na ściskanie mieszanki kontrolnej, a po 28 dniach ją przekracza.

Podobną tendencję zaobserwowano w badaniach lekkich betonów z żużlem paleniskowym z dodatkiem popiołów lotnych [16]. Stwierdzono, że wytrzymałość po 90 dniach wzrasta w stosunku do wytrzymałości 28-dniowej o ponad 40%.

Betony, w których zastąpiono kruszywo grube lekkim kruszywem porowatym, charakteryzują się większą porowatością, co przekłada się na ich mniejszą przewodność cieplną [17]. Z drugiej strony betony te posiadają większą nasiąkliwość związaną z porowatością kruszywa.

Steiger i Hurd [18] zauważyli, że wzrost wagi jednostkowej betonu o 1% spowodowany absorpcją wody powoduje wzrost przewodności cieplnej betonu o 5%. Jednakże w przypadku konstrukcji inżynierskich wykonywanych z betonów wysokowartościowych najbardziej pożądaną cechą nie jest niska przewodność cieplna betonu, a wysoka wytrzymałość i trwałość.

W artykule podjęto próbę wykorzystania odpadu pochodzącego ze spalania węgla w elektrociepłowni do produkcji betonu. Celem tych badań jest określenie wpływu dodatku żużla paleniskowego stosowanego jako zamiennik kruszywa grubego w ilości 0%, 10%, 20% i 30% na właściwości mechaniczne i strukturalne betonu wysokowartościowego.

DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »

 

 

Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 10/2015

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Najlepszy system stropowy?


Betonowe stropy można produkować na różne sposoby – z betonu przygotowanego na placu budowy lub w fabryce, gdzie panują kutemu optymalne warunki. ZOBACZ »



Odkryj nowy wymiar bezpieczeństwa dla Twojego domu »

Żaluzje ceramiczne, szklane, wentylowane. Co wybrać?

Każdemu z nas zależy na zapewnieniu odpowiedniego bezpieczeństwa swoim bliskim i miejscu, które jest dla nas najważniejsze. Wybór...
czytaj dalej »

Które rozwiązanie sprawdzi się w Twoim przypadku? Jak ochronić wnętrze przed słońcem, hałasem lub zimnem? czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Izolacja natryskowa - co warto wiedzieć?

Dobierz najlepszy materiał izolacyjny »

Produkty polimocznikowe można stosować wszędzie tam, gdzie wymagana jest... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »

Uszczelnianie trudnych powierzchni! Zobacz, jak to zrobić skutecznie »


Doszczelniając przegrodę od strony wewnętrznej budynku ograniczamy przenikanie pary wodnej do warstwy izolacyjnej, natomiast... ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dlaczego hydroizolacja budynków jest tak ważna?

Sprawdzony sposób na przyspieszenie ocieplenia »

W budynkach nowo wznoszonych barierę dla wody gruntowej stanowi hydroizolacja zewnętrzna ścian piwnic i izolacja pod płytą fundamentową... czytaj dalej » Jakiego produktu użyć, by aplikacja była łatwa, efektywność większa, a tempo pracy ekspresowe? czytaj dalej »

Czego użyć do izolacji podłóg, dachów i fasad?


Istotną różnicą pomiędzy styropianami białymi i grafitowymi jest ich odporność na ZOBACZ »


Najlepszy produkt na tynku termoizolacji? Sprawdź »

Jak dobrać posadzkę do obiektu?

Obniżona wartość λ pozwala zmniejszyć straty energetyczne oraz wydatki na eksploatacje budynków.
czytaj dalej »

Wybierz posadzkę, która będzie funkcjonalna i łatwa w czyszczeniu... czytaj dalej »

dr inż. Danuta Barnat-Hunek
dr inż. Danuta Barnat-Hunek
Danuta Barnat-Hunek ukończyła kierunek budownictwo o specjalności konstrukcje budowlane i inżynierskie na Wydziale Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej Politechniki Lubelskiej. Pracuje na stanowisku ... więcej »
dr inż. Piotr Smarzewski
dr inż. Piotr Smarzewski
Piotr Smarzewski ukończył kierunek budownictwo o specjalności konstrukcje budowlane i inżynierskie na Wydziale Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej Politechniki Lubelskiej. Pracuje na stanowisku adiu... więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Triflex Polska Triflex Polska
Triflex zyskał na rynku europejskim pozycję lidera w zakresie opracowywania, kompleksowego doradztwa oraz zastosowania uszczelnień i powłok...
9/2019

Aktualny numer:

Izolacje 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne rozwiązania elewacyjne
  • - Jakość wykonania izolacji z szarego styropianu
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.