ODPADOVÉ FÓRUM 2014 23. – 25. 4. 2014 Hustopeče u Brna ODPAD Z VÝROBY MINERÁLNÍ VLNY A MOŽNOSTI JEHO VYUŽITÍ DO˚BETONOVÉ SMĚSI Ing. Ivana Chromková Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s., Brno ODPADOVÉ FÓRUM 2014 23. – 25. 4. 2014 Hustopeče u Brna
TA 02021147 – Výzkum a vývoj optimálních environmentálně šetrných technologií pro nové a progresivní využití tuhých odpadních materiálů z výroby minerální vlny. Řešitel : Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s. Strojírny Olšovec, s.r.o. Marshal Logistic, s.r.o.
Úvod do problematiky výroby minerálního vlákna Surovina pro výrobu: vyvřené horniny – nejčastěji z čediče Technologický princip výroby: - vytvoření taveniny v kupolové peci (1350-1450°C) vytéká nebo je vstřikována na rozvlákňovací stroj kapky taveniny se protáhnou a zchladnou (Øvlákna 6-10 ɥm) pro dosažení tvarové stability jsou vlákna vázána pojivem – vodným roztokem fenol-formaldehydové pryskyřice vlákna jsou „navrstvena“ na pás proces vytvrzování – zpevnění v „peci“ (resp. vytvrzovací komoře) působením horkého vzduchu rozřezání vytvrzeného pásu minerální vlny na díly požadovaných rozměrů, příp. k dalším speciálním úpravám finálního produktu
minerální vata čedič
Vznik odpadu Podle místa vzniku odpadu v procesu výroby: V průběhu výroby minerální vlny vzniká značné množství odpadu. Podle místa vzniku odpadu v procesu výroby: Odpady vzniklé v prostoru kupolové pece v důsledku plánované či neplánované odstávky Odpady vznikající při rozvlákňování před vytvrzením - granálie – nerozvlákněné částice lávy shluky vláken oddělené při čištění unášecího pásu Odpady vznikající po vytvrzení (tzv. za pecí) - nekvalitní finální výrobek - boční ořezy vznikající v řezací stanici
Způsoby využití odpadů Možné způsoby recyklace: Využití přímo ve výrobě - smísení s cementem a lisování pod tlakem do forem vzniklé brikety jsou opětovně využity jako vstupní surovina do tavící pece Využití v jiném odvětví výroby výroba stavebních materiálů a) odpad po ořezání minerální rohože po vytvrzení v peci b) materiál, který odpadává v procesu rozvlákňování Tento odpad je tvořen dvěma složkami, a to nestejnorodými chomáči minerální vlny (různé velikosti, tvarů, propojení) a minerálního písku, který obsahuje menší či větší kaménky čedičového skla – tzv. granálie.
Vzorky odpadního materiálu Do našich laboratoří byly dodány vzorky odpadního produktu z výroby minerální vlny: odřezky z minerální rohože po jejím vytvrzení odpadní materiál vzniklý v procesu výroby před vstupem do vytvrzovací komory - chomáče minerální vlny znečištěné granáliemi Laboratorními úpravami byly vzorky minerální vlny rozplaveny a granálie odseparovány. Minerální vlna i granálie byly jako vstupní materiál při laboratorních zkouškách a experimentech ověřovány odděleně. znečištěný odpadní materiál přečištěná vlna odseparované granálie
Ověřování využití odpadní vlny a granálií 1. Stanovení vstupních parametrů Sledovaný parametr Stanovení škodlivých látek* Ekotoxicita* Radioaktivita Sypná hmotnost Objemová hmotnost ve výluhu v sušině (kg.m-3) Minerální vlna Splňuje Limit I (inertní) Překročení limitních hodnot As, Cd, Cr Vyhovuje - 92 Granálie 1200 - 1600 2000 2. Stanovení technologické vhodnosti Řešení projektu bylo rozděleno do několika okruhů, které mají ověřit vhodnost využití odpadu při výrobě stavebních hmot: Samonivelačních směsí Tenkostěnných vláknobetonových prvků Tenkovrstvých betonových tvarovek
Tenkovrstvé betonové tvarovky Ověřování přídavku minerální vlny do betonové směsi Zaměření na vibrolisované tenkostěnné betonové výrobky. Vibrolisování je kombinovaný způsob zhutňování - betonová směs vibrována za současného působení dolisovacího přítlaku Požadavky na BS: jemnozrnná BS s max. zrnem kameniva do 8 mm velmi suché konzistence s vodním součinitelem 0,3 až 0,36 při použití speciálních přísad umožňujících lepší a rychlejší zhutnění bez dalšího snižování vodního součinitele zvýšená pozornost kladená na výběr jednotlivých vstupních komponent BS Požadavky na výrobu: plynulé a rovnoměrné plnění celé plochy vytvářecí formy betonovou směsí (nerovnoměrné plnění může negativně ovlivňovat jak výslednou výšku výrobků, tak i výslednou hutnost, čímž i mechanické vlastnosti výrobků) přesné rozměry přítlačné desky (tzv. dolisovacího razníku) stanovení hodnoty dolisovacího tlaku přesně definovaný zhutňovací režim
Směsi s obsahem minerálního vlákna Experimentální část První okruh experimentu – zaměření na použití minerálního vlákna, kdy byl zkoumán jeho přídavek (10, 25, 50, 75 a 100 % objemových) ke srovnávací receptuře betonové směsi Pozn.: ve výpočtu dávky byla zohledněna objemová hmotnost čedičového vlákna, tj. 90 kg.m-3 Tabulka: Složení betonových směsí – procentuální zastoupení složek Druhý okruh experimentu – zaměření na neodseparovaný odpadní materiál z výroby minerální čedičové vlny, který byl použit jako částečná náhrada písku (25, 33, 50%) Pozn.: neodseparovaný vzorek sestává z 60 % granálií a 40 % vlákna Zkušební tělesa – trámečky 40x40x16 mm – kostky 150x150x150 mm Standard Směsi s obsahem minerálního vlákna S A B C D E Cement CEM I 42,5 R 15,2 15,1 15 14,85 14,70 14,5 Kamenivo frakce 0-4 40,6 40,4 40,2 39,78 39,38 39,0 Kamenivo frakce 4-8 44,2 43,98 43,75 43,29 42,85 42,4 Minerální vlákno 0,42 1,05 2,07 3,07 4,1 Plastifikátor 1 % z hmotnosti cementu (resp. hm. jemných podílů)
První okruh experimentu – vyhodnocení zkoušek Pevnost v tahu za ohybu Pevnost v tlaku
Druhý okruh experimentu – vyhodnocení zkoušek Pevnost v tahu za ohybu Pevnost v tlaku
Závěr Z dosavadních výsledků laboratorního ověřování lze konstatovat: Využití odpadu z výroby minerálních vláken pro vibrolisované výrobky je možné a žádoucí Přídavek odpadního vlákna Fyzikálně-mechanické vlastnosti hmoty nebyly vlivem rostoucího přídavku odpadního minerálního vlákna zásadně ovlivněny Přídavkem minerálního vlákna do betonové směsi došlo ke zvýšení pevnosti v tahu za ohybu betonu Ve srovnání se standardním betonem vykazovaly nejlepší pevnost v tlaku zkušební vzorky s max. obsahem 50 % obj. minerálního vlákna Náhrada kameniva neodseparovaným odpadním materiálem Náhradou jemného kameniva (až do 33 %) došlo ke zvýšení pevnosti v tahu za ohybu betonu Ve srovnání se standardním betonem vykazovaly nejlepší pevnost v tlaku zkušební vzorky s max. obsahem 25 % odpadu U betonů s 50% náhradou pevnosti klesají – avšak vyhovují požadavkům na betonové tenkovrstvé tvarovky VHODNÉ: Využití netříděného odpadního materiálu, tj. vlna s granáliemi vyloučení procesu čištění vlny a separace granálií = energetická i časová úspora
TA 02021147 – Výzkum a vývoj optimálních environmentálně šetrných technologií pro nové a progresivní využití tuhých odpadních materiálů z výroby minerální vlny. Děkuji za pozornost Ing. Ivana Chromková Úsek 2 - Aplikovaný výzkum a vývoj