Vliv přídavku odpadního čedičového a odpadního skelného vlákna na vlastnosti betonu Ing. Ivana Chromková

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.

Aplikace vláken do betonu Betony, při jejichž výrobě se kromě tradičních komponentů používají také vlákna z různých materiálů, označujeme jako vláknobetony. Funkce vlákna v betonu zvýšení užitných vlastností betonu: pevnosti v tahu a tahu za ohybu odolnosti proti nárazu smykového namáhání houževnatosti betonu aj. Druhy vláken (dle materiálu): ocelová skleněná syntetická (polypropylenová, polyetylenová, polyvinylalkoholová)  uhlíková ostatní vlákna (např. přírodního původu).

Aplikace odpadních vláken do betonu Vlákna - vyráběna cíleně pro aplikaci do betonu jako vláknová výztuž. Vláknový odpad – vzniká při výrobě v jakémkoli odvětví průmyslu Možnost využít takto vzniklé vláknové odpady v jiném odvětví výroby. Např. aplikace do betonu. Zaměření projektu na odpad z výroby minerální vlny – tj. na čedičová a skelná vlákna.   Do laboratoří Výzkumného ústavu stavebních hmot, a.s. byly dodány vzorky odpadního produktu z výroby čedičové a skelné vlny: odřezky z minerální rohože po jejím vytvrzení odpadní vláknitý materiál vzniklý v procesu výroby před vstupem do vytvrzovací komory

Odpadní vlna a její úprava Čedičové vlákno přečištěné Skelné vlákno přečištěné

Stanovení škodlivých látek* Překročení limitních hodnot Ověřování využití odpadní vlny 1. Stanovení vstupních parametrů - ekologická vhodnost: Analýza obsahu nebezpečných látek ve výluhu Ekotoxicita Radioaktivita Sledovaný parametr Stanovení škodlivých látek* Ekotoxicita* Radioaktivit a Objemová hmotnost ve výluhu v sušině (kg.m-3) Čedičová vlna Splňuje Limit I (inertní) Překročení limitních hodnot As, Cd, Cr Vyhovuje 102 Skelná vlna 226 2. Stanovení technologické vhodnosti: Ověření využitelnosti daného odpadního materiálu do konkrétní stavební hmoty zavlhlá betonová směs pro vibrolisované prvky

Ověření technologické vhodnosti zaměření na použití čedičového a skelného vlákna zkoumán přídavek (25, 50, 75 a 100 % objemových) ke srovnávací receptuře betonové směsi Pozn.: ve výpočtu dávky byla zohledněna objemová hmotnost čedičového vlákna (100 kg.m-3), resp. skelného vlákna (226 kg.m-3) standardní receptura odpovídala podmínkám kladeným na vibrolisované zdící prvky 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 Hodnoceno bylo: způsob zapracování odpadního vlákna do BS chování směsi při formování výsledné fyzikálně-mechanické vlastnosti, trvanlivost

Čedičové vlákno (objemový přídavek) Skelné vlákno (objemový přídavek) Fyzikálně mechanické vlastnosti betonů s čedičovým vláknem po 28 dnech zrání   Čedičové vlákno (objemový přídavek) 0% 25% 50% 75% 100% Objemová hmotnost kg.m-3 2290 2250 2240 2230 2215 Pevnost v tahu za ohybu MPa 5,43 6,41 6,54 6,86 6,35 Pevnost v tlaku 46,31 44,49 44,74 40,15 37,42 Vlhkost % 3,0 3,08 3,17 3,18 3,24 Nasákavost 4,97 5,46 5,70 5,95 6,69 Počáteční nasákavost g.m-2.s-1 1,48 1,80 2,13 2,24 2,40 Fyzikálně mechanické vlastnosti betonů se skelným vláknem po 28 dnech zrání   Skelné vlákno (objemový přídavek) 0% 25% 50% 75% 100% Objemová hmotnost kg.m-3 2290 2245 2220 2160 2120 Pevnost v tahu za ohybu MPa 5,43 6,2 5,9 5,6 5,3 Pevnost v tlaku 46,31 42,33 40,5 40,17 32,10 Vlhkost % 3,0 3,2 3,41 3,7 4,2 Nasákavost 4,97 6,0 6,8 7,4 8,8

Vyhodnocení zkoušek – pevnost v tahu za ohybu Čedičové vlákno Skelné vlákno

Vyhodnocení zkoušek – pevnost v tlaku Čedičové vlákno Skelné vlákno

Vyhodnocení zkoušek - mrazuvzdornost Čedičové vlákno Skelné vlákno Dle indexu mrazuvzdornosti vyhovuje obsah: skelného vlákna do 50 % čedičového vlákna do 50 % (s výhradami)

Závěr z výsledků laboratorních prací 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 vlákna do betonové směsi došlo ke zvýšení pevnosti v tahu za ohybu betonu: čedičové – až do výše 100% přídavku skelné – do výše 50% přídavku Ve srovnání se standardním betonem vykazovaly nejlepší pevnost v tlaku zkušební vzorky s max. obsahem 50 % obj. čedičového vlákna

Výroba vibrolisovaných betonových tvarovek Ověření výsledků laboratorního testování – výrobní závod TANEX, a.s. Základní testování výroby tvarovek na betonové směsi standardní receptury a směsi s vláknem 25 a 50 % objemových Receptury byly mírně upraveny v souladu s prověřenou recepturou tohoto závodu. Nejdůležitější úpravou byla optimalizace dávky záměsové vody. Pro výrobu byly použity suroviny používané v závodě firmy TANEX, a.s.

Základní technické parametry Vyhodnocení výroby betonových tvarovek Výroba v reálných podmínkách se osvědčila – příznivé výsledky: Vlastní zapracování do betonové směsi (homogenita) Proces formování = vibrolisování Vzhled výrobků Výsledné fyzikálně-mechanické vlastnosti Základní technické parametry Jednotka Standardní tvárnice bez vlákna Čedičové vlákno Skelné vlákno 25 %obj 50 %obj Rozměry dxšxv mm 510 x 300 x 195 Objemová hmotnost kg.m-3 740 745 730 710 Hmotnost prvku kg 20,3 20,9 20,5 20,6 20,0 Pevnost v tlaku MPa 6,0 6,5 6,7 5,7

Závěr POSOUZENÍ TECHNICKÝCH PARAMETRŮ Výsledky v tabulce potvrzují závěry vyvozené z laboratorní etapy: Pevnosti v tlaku betonu s obsahem skelného vlákna jsou nepatrně nižší ve srovnání s betony s obsahem čedičového vlákna Betony s obsahem skelného vlákna mají nižší objemovou hmotnost ve srovnání s betony s  obsahem čedičového vlákna Nasákavost betonu s obsahem skelného vlákna je vyšší ve srovnání s betony s  obsahem čedičového vlákna POSOUZENÍ EKONOMICKÝCH PARAMETRŮ Hlavním ekonomickým přínosem je využití odpadního materiálu v co nejvyšším možném obsahu Docílení finanční úspory spojené především s užitnou hodnotou výrobku Navýšení množství vyrobených tvarovek z jedné záměsi o cca 10-15 %. - nejvíce vhodné z hlediska požadovaných pevnostních charakteristik, nasákavosti a mrazuvzdornosti se jeví přídavek do betonové směsi ve výši 25 % hmotnostních

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