Teplárenská struska a její využití jako náhrada drobného kameniva 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.

Halda Oslavany

Halda v Oslavanech

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

Neplánovaný vzorek č. 10 Květen 2017 – úprava haldy Snímek haldy z dronu (únor 2017)

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

1. Technologické vlastnosti   Povrchový odběr Hloubkové odběry Sesyp Sypná hmotnost [kg/m3] Volně sypaná 831 1161 až 1332 1219 Setřesená 1011 1247 až 1385 1296 Nasákavost [%] 14,3 10,75 až 11,70 Zkouška rozpadavosti v autoklávu [%] 0,77 Zkouška mrazuvzdornosti kameniva [%] 2,8 až 4,4

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 – 30 % jemných zrn pod 0,16 mm (vrty + sesyp)

Teplárenská struska Oslavany 2. Chemické složení strusky Označení složky [% hmotnostní]   Teplárenská struska Oslavany Povrchové odběry Hloubkové odběry Sesyp z vrcholu SiO2 49,09 - 51,45 48,48 – 52,30 51,90 TiO2 0,74 - 0,85 0,79 – 0,87 0,84 Al2O3 21,84 - 22,09 21,03 – 22,61 22,77 Fe2O3 10,74 - 11,17 10,22 – 10,86 10,82 P2O5 0,32 - 0,34 0,30 – 0,34 0,35 MnO 0,105 - 0,106 0,103 – 0,13 0,102 MgO 1,62 - 1,76 1,54 – 1,99 1,83 CaO 3,80 - 4,28 3,75 – 4,05 4,63 Na2O 1,85 - 1,92 1,67 – 2,00 1,98 K2O 3,28 - 3,45 3,17 – 3,64 3,84 SO3 celk. 0,97 - 1,77 0,59 – 1,76 0,66 SO3 síran. 0,49 - 1,13 0,23 – 1,21 0,32 Volné CaO <0,001 < 0,001 Ztráta sušením 0,34 - 0,53 - Ztráta žíháním (1100 °C) 2,38 - 4,39 1,59 – 7,19 0,83

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. 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) Sesyp z vrcholu haldy

Ověřování vhodného dávkování teplárenské strusky do receptur vybraných výrobků ŽB překladů ŽB plotových desek a plotových systémů jádrového betonu pro dlažební desky Ověřování využitelnosti teplárenské strusky jako náhrady drobného kameniva Receptury betonových směsí pro laboratorní i poloprovozní ověřování byly navrženy s ohledem na technické požadavky kladené na výsledný výrobek. Materiál: Základem použitého betonu je cementová matrice, plnivo (kamenivo) a voda. Dále jsou obsaženy modifikační přísady pro zlepšení vlastností betonu.

Zavlhlý beton – ŽB překlady Použití: nosné prvky nad okenní a dveřní otvory ve stěnách zděných konstrukcí Požadavky/ sledované parametry: Únosnost ve smyku Únosnost v ohybu Mrazuvzdornost Nasákavost Tepelně-izolační vlastnosti Normy: ČSN EN 845-2 Specifikace pro pomocné výrobky pro zděné kce – část 2: Překlady ČSN 73 1322 – Stanovení mrazuvzdornosti betonu Pevnost Ověřování vhodného dávkování tep. strusky Navrženo dávkování 5, 10, 20 a 35 % teplárenské strusky

Zavlhlý beton – ŽB překlady

Náhrada drobného kameniva Zavlhlý beton – ŽB překlady   Receptura 1 2 3 4 Náhrada drobného kameniva 5 % 10 % 20 % 35 % Pevnost v tlaku [MPa] 7 dnů 36,79 43,22 31,90 23,48 28 dnů 40,27 44,00 39,61 32,62 180 dnů 48,24 48,69 36,14 27,55 Objemová hmotnost [kg·m-³] 2330 2380 2220 2120 Vlhkost [%] 3,08 2,82 3,40 3,19 Nasákavost [%] 4,70 4,24 6,20 6,52

Zavlhlý beton – ŽB překlady Zvyšující se obsah strusky: Nárůst počátečních pevností v tlaku Nárůst pevnosti ve smyku Snížení OH Zvýšení nasákavosti

Zavlhlý beton – ŽB překlady Zvyšující se obsah strusky: Snížení OH Zvýšení tepelně-izolačních vlastností

Zavlhlý beton – ŽB překlady Výroba vzorků - překlady RZP 119/14/14 V

Z překladů nařezány vzorky o rozměrech Zavlhlý beton – ŽB překlady Mrazuvzdornost – výrobky Z překladů nařezány vzorky o rozměrech cca 200 x 140 x 140 mm

Litý beton – výplně pro plotové systémy Použití: Desky pro vytváření plných plotových stěn Požadavky/ sledované parametry: Pevnost betonu v tlaku Průsak tlakovou vodou Mrazuvzdornost Nasákavost ČSN EN 12 839 ed.2 - Betonové prefabrikáty – Prvky pro ploty ČSN EN 12390-8 – Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 8: Hloubka průsaku tlakovou vodou Normy: Ověřování vhodného dávkování tep. strusky Navrženo dávkování 0, 6, 12 a 21 % teplárenské strusky

Lité betony Zvyšující se obsah strusky:   Receptura 1 2 3 4 Náhrada drobného kameniva 0 % 6 % 12 % 21 % Pevnost v příčném tahu [MPa] 28 dnů 3,19 3,03 2,67 2,40 Pevnost v tlaku [MPa] 7 dnů 41,64 45,70 42,89 33,16 52,13 54,68 47,30 41,74 90 dnů 55,24 54,77 50,31 48,42 Objemová hmotnost [kg·m-³] 2359 2366 2319 2227 Vlhkost [%] 3,85 3,90 3,63 3,95 Nasákavost [%] 5,62 5,44 6,06 7,13 Průsak tlakovou vodou [mm] 24,8 28,5 34,1 41,0 Zvyšující se obsah strusky: Mírný nárůst pevností v tlaku (Rec2) Snížení OH (Rec 3, 4) Zvýšení NV a hloubky průsaku tl vodou

Lité betony

Betonáž zkušebních vzorků litých receptur Lité betony Závěry výrobní zkoušky Potvrzení výsledků laboratorní etapy Zvyšující se obsah strusky: Nárůst poč. pevností v tlaku (Rec2) Snížení OH (Rec 3, 4) Zvýšení hloubky průsaku tl vodou (hodnoty nižší ve srovnání se zkušebními tělesy – výroba laboratoř) Betonáž zkušebních vzorků litých receptur plotových desek PLT 196/5/30

Jádrové betony pro výrobu dlažby Použití: Dvouvrstvé dlažební prvky pro venkovní pochůzné plochy (tl. 4,5 a 6 cm) a pojížděné dopravní plochy (tl. 8 cm) Požadavky / sledované parametry: Pevnost betonu v tlaku (velkoformátové prvky pevnost v ohybu) Nasákavost Odolnost proti střídavému působení mrazu při nasycení vodou s rozmrazovacími prostředky - CHRL Materiál: Dlažba je vyráběna z betonu třídy C40/50 se stupněm odolnosti vlivu prostředí XF4. Normy: Výroba a kontrola betonové dlažby je prováděna dle ČSN EN 1339 – Betonové dlažební desky – Požadavky a zkušební metody Ověřování vhodného dávkování tep. strusky Navrženo dávkování 0, 6, 12 a 21 % teplárenské strusky

Jádrové betony pro výrobu dlažby   Receptura 1 2 3 4 Náhrada drobného kameniva 0 % 6 % 12 % 21 % Pevnost v tlaku [MPa] 7 dnů 17,31 18,82 20,20 16,60 28 dnů 19,93 25,97 23,01 22,04 90 dnů 19,49 25,29 22,11 20,98 Objemová hmotnost [kg·m-³] 2130 2153 2106 2077 Nasákavost [%] 7,30 7,59 7,98 8,29 Vlhkost [%] 1,69 2,05 2,61 3,09 Zvyšující se obsah strusky: Nárůst pevností v tlaku (Rec2, Rec3) Zvýšení NV

Jádrové betony pro výrobu dlažby   Receptura 1 2 3 4 Náhrada drobného kameniva 0 % 6 % 12 % 21 % Pevnost v příčném tahu [MPa] 7 dnů 3,38 3,97 3,57 3,60 28 dnů 5,42 5,62 5,27 4,23 Objemová hmotnost [kg·m-³] 2278 2288 2290 2193 Poloprovozní ověření: Potvrzení trendu nárůstu pevností Nárůst pevností v tahu (Rec2, Rec3) Zvýšení NV Výroba vzorků na vibrolisu Techmatik

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) Laboratorní ověřování použití strusky do betonu: Použití teplárenské strusky z haldy Oslavany do vybraného sortimentu betonového zboží je vhodné. Dokonce ověřované typy betonu s obsahem teplárenské strusky vykazovaly (při určitých procentuálních zastoupeních strusky) lepší fyzikálně-mechanické vlastnosti než beton standardní: Betony pro výrobu překladů s náhradou písku 10 %, resp. náhrada písku teplárenskou struskou v rozmezí 10 až 20 %. Lité betony nejpříznivější vlastnosti u receptury 2 s náhradou písku 6 %. Jádrové betony zámková dlažba výborné vlastnosti až do výše 12% náhrady drobného kameniva

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