Využití teplárenské strusky pro výrobu betonového zboží Ing. Ivana Chromková, Ing. René Čechmánek, Lubomír Zavřel, Ing. Jindřich Sedlák, Ing. Michal Ševčík

Využití teplárenské strusky při výrobě betonového zboží Projekt programu TRIO FV 10304 Využití teplárenské strusky při výrobě betonového zboží Řešitel : Prefa Brno, a.s. Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s.

Cíl projektu najít optimální uplatnění odpadní teplárenské strusky, která byla v minulém století ukládána na haldu v lokalitě Oslavany stanovit optimální množství teplárenské strusky a navrhnout úpravu receptur několika typů vyráběných betonových produktů tak, aby přítomností strusky nedošlo k nežádoucím změnám vlastností čerstvého betonu ani výsledného betonového výrobku Použití teplárenské strusky – ekologické hledisko: částečná náhrada přírodního kameniva, které by se tak nemuselo odtěžit a nadále by zůstalo uchováno jako přírodní zdroj postupná likvidace staré ekologické zátěže.

Výsledky výzkumů a poznatky z praxe Zpracovatelnost betonu se snižuje v závislosti se zvyšujícím se podílem teplárenské strusky Objemová hmotnost betonu se snižuje se zvyšujícím se obsahem teplárenské strusky. Počáteční pevnost v tlaku, pevnost v příčném tahu a ohybová pevnost je v případě betonu s teplárenskou struskou nižší než u referenčního betonu, po 28 dnech se rozdíly stírají (a dále s časem narůstají) Směs obsahující 30 % a 40 % teplárenské strusky dosáhne za 90 dnů pevnost tlaku, která odpovídá 108% a 105% pevnosti v tlaku Pevnost betonu obsahující nejméně 50 % teplárenské strusky je vyhovující pro většinu konstrukčních použití, neboť pevnost v tlaku je po 28 dnech více než 20 MPa. I když je vývoj pevností pozvolnější, lze teplárenskou strusku s úspěchem využít jako náhradu jemného kameniva.

Halda v Oslavanech Zdroj: https://mapy.cz

Halda v Oslavanech Zdroj: https://mapy.cz

Halda v Oslavanech

Halda v Oslavanech

Odběr vzorků teplárenské strusky Provedeno 9 odběrů: 2 povrchové 3 hloubkové Hloubka vrtů: 5 – 10 – 15 – 20 metrů

Ověřování využití strusky Oslavany Vstupní parametry: Technologické vlastnosti Chemické složení Ekologická vhodnost Teplárenská struska – hloubkový odběr

Teplárenská struska – separace síty

1. Technologické vlastnosti Sítový rozbor – zrna od 0 – 10 mm – pouze cca 3 - 5 % zrn větších než 8 mm – vysoký podíl zrn pod 2 mm – cca 15 – 20 % jemných zrn pod 0,16 mm (vrty)   Povrchový odběr Hloubkové odběry Sypná hmotnost [kg/m3] Volně sypaná 831 1161 až 1332 Setřesená 1011 1247 až 1385 Nasákavost [%] 14,3 10,75 až 11,70 Zkouška rozpadavosti v autoklávu [%] 0,77 - Zkouška mrazuvzdornosti kameniva [%] 2,8 až 4,4

Teplárenská struska Oslavany 2. Chemické složení strusky Označení složky [% hmotnostní] Teplárenská struska Oslavany   Povrchové odběry Hloubkové odběry SiO2 49,09 - 51,45 48,48 – 52,30 TiO2 0,74 - 0,85 0,79 – 0,87 Al2O3 21,84 - 22,09 21,03 – 22,61 Fe2O3 10,74 - 11,17 10,22 – 10,86 P2O5 0,32 - 0,34 0,30 – 0,34 MnO 0,105 - 0,106 0,103 – 0,13 MgO 1,62 - 1,76 1,54 – 1,99 CaO 3,80 - 4,28 3,75 – 4,05 Na2O 1,85 - 1,92 1,67 – 2,00 K2O 3,28 - 3,45 3,17 – 3,64 SO3 celk. 0,97 - 1,77 0,59 – 1,76 SO3 síran. 0,49 - 1,13 0,23 – 1,21 Cl- <0,004 - 0,007 < 0,007 Ztráta sušením 0,34 - 0,53 - Ztráta žíháním (1100 °C) 2,38 - 4,39 1,59 – 7,19

Teplárenská struska Oslavany 2. Chemické složení strusky Označení složky [% hmotnostní] Teplárenská struska Oslavany Vysokopecní struska Ocelárenská SiO2 50 21 - 40 12 - 20 Al2O3 22 5 – 14,5 4,5 Fe2O3 11 < 1 2 MnO 0,1 0,2 – 10,5 9,5 MgO 1 - 15 13 CaO 4 29 - 48 35

Posouzení výsledků analýz 1. a 2. Norma ČSN 72 2050 Škváry pro škvárový beton - platnost do roku 2002 Požadavky na škváry: Stavební prvky Nosné Výplňové Skupina I. vyztužené II. nevyztužené III. Obsah podsítného podílu na sítu 0,16 mm Maximálně 8 % hm. Spalitelný podíl (Ztráta žíháním)* 5 % (10 %) 10 % (20 %) 10 % (30 %) Max. obsah síry (jako SO3 celk.) 2 % 3 % 4 % Obsah volného CaO Nesmí být přítomen Struska Oslavany nesplňuje I. splňuje Poznámka: První číslo udává hodnotu pro škváry smíšené a hnědouhelné Číslo v závorce platí pro čistě kamenouhelné či antracitové škváry

3. Stanovení vstupních parametrů - ekologická vhodnost: Analýza obsahu nebezpečných látek ve výluhu a sušině Ekotoxicita Obsah přírodních radionuklidů Sledovaný parametr Stanovení škodlivých látek* Ekotoxicita* Radioaktivita ve výluhu v sušině Povrchové odběry Splňuje Limit I (mírné překročení limitu Ni – 1 vzorek) Překročení limitních hodnot As Vyhovuje Hloubkové odběry Ni – 3 vzorky (u 3 vzorků byly překročeny limity pro růst kořene hořčice)

Posouzení ekologické vhodnosti stanovení obsahu přírodních radionuklidů – Index hmotnostní aktivity 1,05 až 1,19. Hodnocení dle zákona 18/1997 Sb. a vyhlášky SÚBJ č. 307/2002 Sb. ve znění pozdějších předpisů, § 96, příloha č. 10, tabulka č. 2 Struska z haldy Oslavany = materiál, který nepřevyšuje směrnou hodnotu pro stavební materiály: určené k použití jinému než ve stavbách s obytnými nebo pobytovými místnostmi, určené výhradně k použití jako surovina pro výrobu stavebních materiálů.  Poznámka: Hmotnostní aktivita 226Ra přitom nepřevyšuje mezní hodnotu pro stavební materiál používaný pro stavby s obytnými nebo pobytovými místnostmi. Ověřování teplárenské strusky ve výrobě betonového zboží: ŽB překladů ŽB plotových desek a plotových systémů jádrového betonu pro dlažební desky

Betonové tvarovky – vibrolisovaný beton Vstupní testování strusky ve vybraných výrobcích Betonové tvarovky – vibrolisovaný beton Tvarovky - ztracené bednění Teplárenská struska je již využívána (max. 30 % hmotnosti suché směsi) Všechny sledované parametry splňují deklarované hodnoty výrobku Tvarovky plotových systémů Přísnější hodnotící parametry (pevnost v tlaku, NV, mrazuvzdornost) Testovány byly receptury s vysokou dávkou strusky (40 a 50 % z hmotnosti suché směsi) při současném použití minimální dávky CEM Výroba – při procesu vibrolisování nebyl zaznamenán žádný nežádoucí projev Zkouška: pevnost v tlaku tvarovek mrazuvzdornost tvarovek (50 cyklů)

Vstupní testování strusky ve vybraných výrobcích Tvarovky plotových systémů - Vysoká dávka strusky, minimální množství cementu Obsah strusky vs. mrazuvzdornost: Mrazuvzdorná jen rec s 40 % Není splněn požadavek na výrobek

Lité betony Vstupní testování strusky ve vybraných výrobcích Zvyšující se obsah strusky: Mírný nárůst pevností v tlaku Snížení OH Zvýšení hloubky průsaku tl vodou

Betony pro výrobu překladů Vstupní testování strusky ve vybraných výrobcích Betony pro výrobu překladů Zvyšující se obsah strusky: Mírný nárůst pevností v tlaku Nárůst pevnosti ve smyku Snížení OH Zvýšení nasákavosti

Závěr Vstupní ověřování použití strusky: Teplárenská struska je použitelná jako plnivo do betonu Nutná je úprava na sítech (odseparování jemných frakcí, které jsou nositeli škodlivin) POSOUZENÍ TECHNICKÝCH PARAMETRŮ betonů: Betony s obsahem teplárenské strusky (do 10 %) vykazují pomalejší nárůst počátečních pevností Pevnosti v tlaku betonu jsou po 28 dnech srovnatelné nebo vyšší v porovnání se standardní recepturou Obsahem strusky v receptuře došlo k navýšení pevnosti ve smyku betonu Betony s obsahem teplárenské strusky mají nižší objemovou hmotnost ve srovnání s betony standardní receptury Nasákavost, resp. hloubka průsaku tlakovou vodou, je u betonů s obsahem teplárenské strusky vyšší ve srovnání s betony standardní receptury

Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s. Děkuji za pozornost Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s. Hněvkovského 30/65, 617 00 Brno tel.: +420 730 519 708 e-mail: chromkova@vustah.cz www.vustah.cz