Možnost uporabe odpadnih pepelov v gradbeništvu
Možnost uporabe odpadnih pepelov v gradbeništvu
  28.04.2020  |  13:56
Čas branja: 7 min
CEL.KROG - izkoriščanje potenciala biomase za razvoj naprednih materialov in bio-osnovanih produktov (2016-2020) je projekt v okviru slovenske strategije pametne specializacije, kjer so aktivnosti posvečene izkoriščanju potenciala biomase za razvoj naprednih materialov in bio osnovanih produktov.

TEKST //  Lina Završnik, Sabina Dolenec, Vilma Ducman; Zavod za gradbeništvo Slovenije (ZAG)

Za dosego ciljev od razvoja naprednih produktov v celotnem krogotoku in razklopa biomase, do uporabe gradnikov v različnih produktih do ponovne uporabe in končne predelave odpadkov je program CEL.KROG - Izkoriščanje potenciala biomase za razvoj naprednih materialov in bio-osnovanih produktov razdeljen v pet vsebinskih sklopov:

SKLOP 1. Vrednotenje potenciala in razvoj novih produktov iz biomase - nanoceluloza in zelene kemikalije

SKLOP 2. Razvoj naprednih in večfunkcionalnih materialov z integrirano nanocelulozo in okoljsko sprejemljivimi aditivi - papir, karton in preja

SKLOP 3. Razvoj produktov z večjim deležem bio-osnovanih komponent in izboljšanimi funkcionalnostmi - gradbeništvo, avtomobilska, tekstilna in elektro industrija

SKLOP 4. Razvoj procesov za biološko in mehansko predelavo trdnih odpadkov v produkte z dodano vrednostjo

SKLOP 5. Razvoj inovativnega sistema za energetsko izrabo odpadkov z veliko vsebnostjo vode

V sklopu 4 je tako cilj razvoj tehnologij za končno predelavo in snovno izrabo odpadkov in s tem zapiranje celotnega krogotoka. Raziskave v prvem delu so usmerjene v predelavo trdnih odpadkov organskega in anorganskega izvora za pridobivanje produktov z dodano vrednostjo, s kombinacijo mehanske in biološke obdelave, ki omogoča popolno snovno izrabo. Sem sodi tudi vrednotenje pepelov iz papirniške industrije za uporabo v različnih gradbenih materialih.

Uporaba pepelov v gradbeništvu

Pepele se lahko v gradbeništvu uporabi na različne načine. Večinoma se uporabljajo pri proizvodnji cementa oziroma pripravi betona, zato je tudi tukaj osredotočenost večinoma na ti dve možnosti. Da se preveri ali lastnosti pepelov in nato končnih proizvodov ustrezajo obveznim standardom je potrebno opraviti serijo preiskav.

V primeru, da pepel, tako po izvoru kot tudi po kemijskih in fizikalno-mehanskih lastnostih, ustreza zahtevam evropskih standardov (EN), se ga lahko uporabi neposredno za proizvodnjo končnega proizvoda. V primeru, da pepel v eni ali več zahtevah ne ustreza tem standardom, se lahko njegova ustreznost, na zahtevo proizvajalca, preveri preko priprave Slovenskega tehničnega soglasja (STS) z določenim namenom uporabe ali preko evropskega ocenjevalnega dokumenta (EAD) oz. Evropske tehnične ocene (ETA).

Zahteve glede uporabe pepelov neposredno v cementih so podane v standardu EN 1971 (Cement - 1. del: Sestava, zahteve in merila skladnosti za običajne cemente). Standard določa, da se kot ena od glavnih sestavin cementa lahko uporabi le elektrofiltrski pepel pridobljen z elektrostatičnim ali mehanskim izločanjem prašnih delcev iz dimnih plinov peči, ki so kurjene z uprašenim premogom, z ali brez sosežiga. Elektrofiltrski pepel je po naravi lahko silicijski ali kalcijski. Prvi ima pucolanske lastnosti, drugi ima lahko dodatno še hidravlične lastnosti. V cementu je dovoljena uporaba obeh, vendar je potrebno v oznaki cementa navesti katera vrsta elektrofiltrskega pepela je bila uporabljena. Pri elektrofiltrskem pepelu je potrebno preveriti ustreznost z zahtevami glede žarilne izgube, deleža reaktivnega kalcijevega oksida, deleža prostega kalcijevega oksida, deleža reaktivnega silicijevega dioksida in ekspanzije (prostorninska obstojnost). Pri kalcijskem elektrofiltrskem pepelu je potrebno dodatno preveriti še finost (ostanek pepela po mokrem sejanju) in tlačno trdnost po 28 dneh.

Glede uporabe pepelov v betonih je potrebno upoštevati zahteve podane v standardu EN 206 (Beton - Specifikacija, lastnosti, proizvodnja in skladnost). Pepel lahko uporabimo kot mineralni dodatek tipa II, če ima poleg ostalih zahtev tudi zadovoljive pucolanske in/ali latentno hidravlične lastnosti. Zahteve glede uporabe kot elektrofiltrski pepel so podane v standardu EN 450-1 (Elektrofiltrski pepel - 1. del: Definicije, specifikacije in merila skladnosti). Tudi tukaj, je podobno kot pri uporabi pepela pri proizvodnji cementa, dovoljeno uporabiti le elektrofiltrski pepel pridobljen z elektrostatičnim ali mehanskim izločanjem prašnih delcev iz dimnih plinov peči, ki so kurjene z uprašenim premogom, z ali brez sosežiga. Uporabi se lahko le silicijski elektrofiltrski pepel. Elektrofiltrski pepel mora izpolnjevati zahteve standarda za vsebnost žarilne izgube, klorida, sulfata, prostega kalcijevega oksida, reaktivnega kalcijevega oksida, reaktivnega silicijevega dioksida, vsote vsebnosti silicijevega dioksida, aluminijevega oksida in železovega oksida, vsebnost celokupnih alkalij, magnezijevega oksida in fosfata. Poleg kemijskih zahtev mora ustrezati tudi fizikalnim zahtevam, in sicer finosti, indeksu aktivnosti, prostorninski obstojnosti, prostorninski masi, začetku časa vezanja in potrebi po vodi.

Pepelov se sicer ne more uporabiti kot dodatek betonu tipa I, ker standard EN 206 tega ne dovoljuje, smo pa enega od pepelov, ki ni imel zadostnih pucolanskih in/ali latentno hidravličnih lastnosti in je imel velik delež inertne frakcije, vrednotili kot polnilo - agregat. Polnilo - agregat kot dodatek tipa I mora ustrezati zahtevam določenim v standardu EN 12620 (Agregati za beton) oziroma EN 13055 (Lahki agregati). To gre za agregat oziroma lahki agregat, ki večinoma preide sito 0,063 mm. Tako polnilo mora ustrezati zahtevam za finost (zrnavost), vsebnosti celokupnega sulfata in kislinotopnega sulfata.

Ocena papirniških pepelov iz projekta CEL.KROG glede potencialne uporabe v gradbeništvu

V sklopu projekta CEL.KROG se je preverila možnost uporabe dveh papirniških pepelov. Pepela nista ustreznega izvora, kot to zahtevata standarda EN 197-1 in EN 450-1, zatorej je bila uporaba neposredno pri proizvodnji cementa oziroma pripravi betona izključena. Oba pepela sta kazala določene pucolanske in/ali latentno hidravlične lastnosti, zato smo preverili, ali zadovoljita kemijskim in fizikalnim lastnostim mineralnega dodatka tipa II, kot to zahteva standard za beton EN 206. Pepela sta se torej vrednotila za tri namene; in sicer za uporabo v (i) cementu, (ii) kot mineralni dodatek betonu tipa II (pucolanski ali latentno hidravlični dodatek), s katerim se lahko zamenja del veziva - cementa v končnem proizvodu in (iii) kot mineralni dodatek betonu tipa I (skoraj inerten dodatek). Pepelov se sicer ne more, glede na standard EN 206, razvrstiti med dodatke tipa I, a se je enega od pepelov, zaradi velikega deleža inertne frakcije, vseeno vrednotilo glede na zahteve za polnilo - agregat.

Primernost papirniških pepelov kot mineralni dodatek

Mineralni dodatki, med katere spadajo različni elektrofiltrski pepeli, granulirana plavžna žlindra, mikrosilika, kalcinirane gline in naravni pucolani, se predvsem zaradi ekonomskih in okoljskih vidikov vse pogosteje in v vse večjih količinah uporabljajo v različnih gradbenih proizvodih. Nepretrgoma potekajo tudi raziskave alternativnih mineralnih dodatkov, predvsem takšnih, ki bi jih lahko pridobili iz odpadkov. Z uporabo vsaj deleža industrijskih odpadkov se lahko namreč omeji problematiko njihovega odlaganja in obenem ohranja naravne vire ter poceni končne proizvode.

V sklopu projekta sta se obravnavala dva različna pepela. Pepel A je ostanek iz suhega čiščenja dimnih plinov na elektrofiltru kurilne naprave, kjer se kot gorivo uporablja mešanica premoga lesne mase in/ali mulja. Pepel B je mešanica elektrofiltrskega pepela in pepela z rešetk v določenem razmerju iz kurilne naprave, kjer se kot gorivo uporablja mešanica odpadnih muljev. Kot podporno gorivo se uporablja zemeljski plin.

Pepela sta bila vrednotena, kot to predvideva standard EN 206, kot mineralna dodatka tipa II. Izbrali so se najpomembnejši parametri, ki so predvideni za vrednotenje elektrofiltrskega pepela.

To so:

∆ vsebnost reaktivnega silicijevega oksida (SiO2)

∆ vsebnost klorida (Cl-)

∆ vsebnost celokupnega, reaktivnega in prostega kalcijevega oksida (CaO)

∆ vsebnost sulfata (SO3)

∆ prostorninska obstojnost

∆ žarilna izguba pri 950°C,

∆ finost pepelov

Za boljše razumevanje lastnosti materialov se je določilo tudi kemijsko sestavo pepelov z rentgensko fluorescenčno spektroskopijo (XRF), mineraloško sestavo z rentgensko praškovno difrakcijsko analizo (XRD), specifično površino BET ter porazdelitev delcev z metodo laserske granulometrije.

Ugotovilo se je, da se pepela med seboj razlikujeta po kemijski in mineraloški sestavi, pa tudi po fizikalnih lastnostih, kar vse vpliva na njune reaktivne lastnosti.

Pepela ne dosegata kriterijev večine zahtev standarda EN 450-1. Kemijske vrednosti pepelov se ne približajo potrebnim kriterijem, ki so pomembni tako za zagotavljanje potrebne reaktivnosti mineralnih dodatkov kot tudi z vidika zagotavljanja potrebnih obstojnostnih lastnosti betona. Tako je vsebnost reaktivnega silicijevega dioksida zelo majhna, po drugi strani pa je močno presežen delež reaktivnega kalcijevega oksida.

Na podlagi določanja indeksa aktivnosti, kjer se je delež cementa nadomestili s 25 mas. % obravnavanih pepelov, se je pokazalo, da indeks aktivnosti obeh pepelov po 28 in 90 dneh ne dosega želene vrednosti. Pri tem pepel A doseže indeks aktivnosti dokaj blizu zahtevanim kriterijem (75 % po 28 dneh in 85 % po 90 dneh), medtem ko ima pepel B vrednosti močno pod kriterijem (49 % in 51 % po 28 oziroma 90 dneh). K temu vpliva velik delež nereaktivnih faz v pepelu kot so kalcit, kremen ter majhen delež amorfne faze, ki predstavlja reaktivno komponento pepela.

Določila se je tudi pucolansko aktivnost, kjer se je delež cementa zamenjal bodisi z 25 mas. % ali 30 mas. % pepela. Pepel A kaže v obeh primerih zadovoljive vrednosti po 15 dneh nege, medtem ko pepel B ne kaže zadostne reaktivnosti.

Primernost papirniških pepelov kot nadomestilo finega agregata

Zaradi velikega deleža inertne frakcije v pepelu B se je vrednotilo tudi njegovo uporabo kot nadomestek dela agregata v malti. Preučile so se možnosti, da se (a) del kamenega agregata volumsko nadomest s frakcijo pepela, podrobljenega pod 0,25 mm, (b) celoten agregat nadomesti z agregatom z enako sejalno krivuljo kot standardni pesek ali (c) z obstoječo sejalno krivuljo. Ko se nadomesti delež fine frakcije agregata s pepelom, se tlačne trdnosti (28 dni) malte bistveno zmanjšajo ob uporabi dodatka superplastifikatorja pa se tlačna trdnost le malenkost zmanjša v primerjavi z referenčno malto. V primeru, da se pepel uporabi kot polnilo, bi njegova uporaba prispevala k večji potrebi po vodi, ob dodatku superplasitifikatorja pa ne bi prišlo do velikega zmanjšanja trdnosti.

Primernost papirniških pepelov za določen namen uporabe

Čeprav preskušani pepeli ne zadostijo zahtevam standardov, bi vendarle lahko, v kolikor bi našli določeno možnost uporabe, s pomočjo tehničnega soglasja pripravili specifikacije, ki omogočajo, da se dajo taki pepeli legalno na trg. Ena od takšnih možnih uporab bi bila lahko stabilizacija zemljin, nasipov.

Povzetek

Pri uporabi industrijskih ostankov, bodisi stranskih proizvodov ali odpadkov, je tako najprej potrebno preveriti tehnične parametre, vzporedno pa je potrebo spremljati tudi to, kako zadostiti zakonskim zahtevam in kako proizvode, ki so proizvedeni z uporabo le…teh tudi dati legalno na trg. Za lažjo predstavo je stanje shematsko predstavljeno na sliki 3. Torej, če proizvod ustreza zahtevam, podanim v standardu za cement EN 197-1, tako po izvoru kot lastnostih, se ga lahko uporabi neposredno pri proizvodnji cementa in zanj ni potrebno pridobiti CE oznake. Tako se pri proizvodnji cementa lahko uporabijo granulirana plavžna žlindra, pucolani (naravni ali naravni kalcinirani), elektrofiltrski pepeli (silicijski ali kalcijski) in mikrosilika. Če bi želeli proizvod uporabiti kot dodatek betonom, kot to dovoljuje standard EN 206, je le ta lahko uporabljen kot dodatek tipa I, če gre za skoraj inerten proizvod oziroma kot dodatek tipa II, če gre za proizvod s pucolanskimi ali latentno hidravličnimi lastnostmi. Med dodatke tipa I sodijo polnila - agregati in pigmenti, med dodatke tipa II pa elektrofiltrski pepel, mikrosilika in granulirana plavžna žlindra. V primeru uporabe proizvoda neposredno pri pripravi betona se mora zanj pridobiti ustrezne certifikate in CE oznako. V kolikor nobena od naštetih variant tehnično ne ustreza, vendar pa se vseeno lahko najde določena možnost uporabe, je možno izpeljati postopek za pridobitev evropske tehnične ocene (ETA) ali slovenskega tehničnega soglasja (STS).

Viri:

∆ EN 197-1:2011, Cement - 1. del: Sestava, zahteve in merila skladnosti za običajne cemente,

∆ EN 206:2013, Beton - Specifikacija, lastnosti, proizvodnja in skladnost

∆ EN 450-1:2012, Elektrofiltrski pepel - 1. del: Definicije, specifikacije in merila skladnosti

∆ EN 12620:2002, Agregati za beton

∆ EN 13055:2016, Lahki agregati

∆ KRAMAR, S., DUCMAN, V., Potential use of ash from the paper industry as scm. V: New generation of construction materials. International conference on sustainable materials, systems and structures (SMSS 2019), 20-22 March 2019 - Rovinj, Croatia. Paris: RILEM Publication, 2019. Str. 431-438, ilustr. RILEM proceedings, 128.

∆ KRAMAR, S., ZAVRŠNIK, L., DUCMAN, V., Papirniški pepeli kot suplementarni cementni materiali. V: ROŽIČ, Boštjan (ur.). Razprave, poročila = Treatises, reports. 23. posvetovanje slovenskih geologov = 23rd Meeting of Slovenian Geologists, Ljubljana, marec 2017. Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehniška fakulteta, Oddelek za geologijo, 2017. Str. 104-106, ilustr. Geološki zbornik, 24.

 

Napišite svoj komentar

Da boste lahko napisali komentar, se morate prijaviti.
Preberite več
Mineral SI
Novice
Novice Nova dobava Podjetje Grafist s štirmi novimi MAN-i

Gradbeno podjetje Grafist d.o.o. iz Kopra je danes prevzelo štiri nove tovornjake MAN iz serije TGS in TGM.

Mineral SI
Novice
Novice Slovenija Maja slovenska gospodarska klima boljša

Potem ko je bila gospodarska klima aprila na rekordno nizki ravni, se je maja nekoliko izboljšala, ugotavljajo državni statistiki.

Mineral SI
Gradbeništvo
Gradbeništvo Pnevmatike Nove pnevmatike Goodyear Omnitrac T za prikolice

Goodyear je predstavil novo pnevmatiko Omnitrac T, ki je namenjena priklopnikom za kombinirani prevoz, torej za vozila, ki vozijo ne samo...

Mineral SI
Gradbeništvo
Gradbeništvo Hrvaška / Projekti Gradnja mostu na polotok Pelješac z nekaj mesečno zamudo

Zaradi pandemije Covid-19 bo most na hrvaški polotok Pelješac zgrajen z manjšo zamudo. Dela tako ne bodo končana do konca julija 2021...

Mineral SI
Gradbeništvo
Gradbeništvo Intervju Ljubljanski avtocestni obroč je nujno potreben širitve

»Ljubljanski avtocestni obroč je treba najprej začasno razširiti na tretji pas brez odstavnih pasov, hkrati pa začeti pripravljati...

Mineral SI
Gradbeništvo
Gradbeništvo Nemčija / Projekti Prenova primestne železnice v Münchnu je v polnem teku

Deutsche Bahn širi primestno železniško omrežje v Münchnu. V Marienhofu v Altstadtu se gradi eden osrednjih vhodov v drugo osrednjo...

Mineral SI
Novice
Novice Slovenija Tretja razvojna os bo končana v roku

Minister za okolje in prostor Andrej Vizjak je na tiskovni konferenci, ki je potekala 21.05. izpostavil, da »zaplet, kot je bil na tretji...

Mineral SI
Gradbeništvo
Gradbeništvo Slovenija / Projekti Pospešitev začetka gradnje odlagališča za jedrske odpadke

Minister za infrastrukturo Jernej Vrtovec je bil v družbi državnega sekretarja Blaža Košoroka 22.05. na delovnem obisku v družbah GEN...