Teplárenská struska a její využití jako náhrada drobného kameniva

Prezentace na téma: "Teplárenská struska a její využití jako náhrada drobného kameniva"— Transkript prezentace:

1 Teplárenská struska a její využití jako náhrada drobného kameniva
Ing. Ivana Chromková, Ing. René Čechmánek, Lubomír Zavřel, Ing. Jindřich Sedlák, Ing. Michal Ševčík

2 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.

3 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.

4 Halda Oslavany

5 Halda v Oslavanech

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

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

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

9 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

10 1. Technologické vlastnosti
Sítový rozbor – zrna od 0 – 10 mm – pouze cca % zrn větších než 8 mm – vysoký podíl zrn pod 2 mm – cca 15 – 30 % jemných zrn pod 0,16 mm (vrty + sesyp)

11 Teplárenská struska Oslavany
2. Chemické složení strusky Označení složky [% hmotnostní] Teplárenská struska Oslavany Povrchové odběry Hloubkové odběry Sesyp z vrcholu SiO2 49, ,45 48,48 – 52,30 51,90 TiO2 0,74 - 0,85 0,79 – 0,87 0,84 Al2O3 21, ,09 21,03 – 22,61 22,77 Fe2O3 10, ,17 10,22 – 10,86 10,82 P2O5 0,32 - 0,34 0,30 – 0,34 0,35 MnO 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

12 Posouzení výsledků analýz 1. a 2.
Norma ČSN 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

13 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

14 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.

15 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 Specifikace pro pomocné výrobky pro zděné kce – část 2: Překlady ČSN – Stanovení mrazuvzdornosti betonu Pevnost Ověřování vhodného dávkování tep. strusky Navrženo dávkování 5, 10, 20 a 35 % teplárenské strusky

16 Zavlhlý beton – ŽB překlady

17 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

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

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

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

21 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

22 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 ed.2 - Betonové prefabrikáty – Prvky pro ploty ČSN EN – Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 8: Hloubka průsaku tlakovou vodou Normy: Ověřování vhodného dávkování tep. strusky Navrženo dávkování 0, 6, 12 a 21 % teplárenské strusky

23 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

24 Lité betony

25 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

26 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

27 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

28 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

29 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

30 Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s.
Děkuji za pozornost Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s. Hněvkovského 30/65, Brno tel.: