VLIV NÁHRADY ČÁSTI SLÍNKU POPÍLKEM Z KLASICKÉHO SPALOVÁNÍ HNĚDÉHO UHLÍ V BEZSÁDROVCOVÝCH CEMENTECH NA JEJICH VLASTNOSTI

Transkript

1 VLIV NÁHRADY ČÁSTI SLÍNKU POPÍLKEM Z KLASICKÉHO SPALOVÁNÍ HNĚDÉHO UHLÍ V BEZSÁDROVCOVÝCH CEMENTECH NA JEJICH VLASTNOSTI ADDITION OF FLUE ASH FROM THE COMBUSTION OF BROWN COAL AS A CEMET REPLACEMENT - INFLUENCE ON GYPSUM-FREE CEMENT PROPERTIES Ing. Jiří Brožovský,CSc. Ing.Petr Martinec Ing. Ondřej Matějka Ústav technologie stavebních hmot a dílců Stavební fakulta VUT v Brně Abstract: In this paper, the influence of of addition of ash from brown coal combustion on initial time, setting time and strength characteristics of gypsum-free cements are described. The ash from brown coal combustion was added in amounts 0,, 20,,, percent of clinker weight. 1. Úvod Bezsádrovcová pojiva jsou cementy na bázi portlandského slínku(bspc), mleté na vyšší měrné povrchy než běžné PC, přísada pro regulaci počátku - sádrovec, je nahrazena jiným systémem, zpravidla se jedná o lignosulfonan alkalického kovu a uhličitanu alkalického kovu. V počátečním období tvrdnutí lze dosáhnout podstatně vyšších počátečních pevností ve srovnání s běžnými sádrovcovými portlandskými cementy. 2. Metodika zkoušení Pro experimentální práce byl použit bezsádrovcový cement ze slínku Prachovice, která obsahoval z výroby systém regulace - 0,% KORTAN FN (KFN) a 1,% Na 2 CO 3, měrný povrch 4 m 2 kg -1 a popílek z klasického spalování hnědého uhlí z elektrárny Chvaletice. Ve výchozím pojivu je jeho část nahrazována popílkem v množství % -20% - % - % - %. U zkoumaných cementů byly zjišťovány tyto základní fyzikálně mechanické charakteristiky : a) Cementová kaše počátek (PT) a konec (KT) - zjišťován postupem kodifikovaným v ČSN EN 1-3. Přídavek popílku do bezsádrovcového pojiva, jak ukázaly úvodní zkoušky vyžaduje řešit množství přísad systému regulace v pojivu s popílkem z hlediska jejich optimalizace ve vztahu k počátku, ale i následně k pevnostem cementu. b) Ztvrdlý cement - pevnost v tlaku a tahu za ohybu- výroba vzorků jejich ošetřování a následné zkoušení byly prováděny postupem kodifikovaným v ČSN EN 1-1. Použitá 2

2 zkušební tělesa byla ve tvaru trámečků - x x 10 mm. Normová malta měla zastoupení pevných složek v poměru 1 h.d. pojiva : 3 h.d. křemičitého písku. Rozdílný byl vodní součinitel - bezsádrovcové cementy obsahují přísady systémy regulace, kterém se vyznačují silnými plastifikačními účinky, proto jsou běžně zkoušeny s podstatně nižším součinitelem, zpravidla w = 0,31. Cementy s popílkem vyžadovaly vodní součinitel vyšší - až do 0,. Zkušební tělesa byla po vyrobení 24 hodin uložena ve vlhkém uložení a po odformování byla uložena ve vodní lázni o teplotě 1-21 o C až do doby zkoušek. Pevnosti cementů byly zjišťovány ve stáří 1, 2, 3,, 2, 0 a 2 dní, a to vždy na jedné sadě trámečků. 3. Výsledky experimentálních prací a) Počátek a doba Počátek a doba byla sledována pro různou koncentraci přísad systému regulace v pojivu, konkrétně : K pojivu s popílkem byl přidáván KORTAN FN a Na 2 CO 3 v takovém množství, aby byla dosažena jejich koncentrace odpovídající koncentraci ve výchozím pojivu pojivu 0,% KORTAN FN a 1,% Na 2 CO 3 z hmotnosti pojiva (BSCS xc). Výsledky zkoušek počátku a doby jsou uvedeny v tabulce 1. TABULKA ČÍSLO 1 : Výsledky sledování vlivu různé koncentrace přísad systému regulace na počátek a dobu pojiva Označení pojiva BS cem/pop SLOŽENÍ POJIVA Vodní souč. v/c Kortan FN Na 2 CO 3 Počátek Konec BSC-1 0/0 0, 0, 1, 1 : 1 1 : 2 BSC 1c 0/0 0, 0, v pojivu 1, z BSC1 1 : 32 1 : 3 BSCP -2 0/ 0,2 0, z BCS1 1, z BSC1 1 : 1 1 : 2 BSCP 2a 0/ 0,2 0, v pojivu 1, z BSC1 1 : 24 1 : BSCP 2b 0/ 0,2 0, v pojivu 1, v pojivu 1 : 12 1 : 1 BSCP 2c 0/ 0,2 0, v pojivu 1, z BSC1 1 : 41 1 : 4 BSCP-3 0/20 0,2 0, z BCS1 1, z BSC1 1 : 14 1 : 1 BSCP 3a 0/20 0,2 0, v pojivu 1, z BSC1 1 : 1 : 32 BSCP 3b 0/20 0,2 0, v pojivu 1, v pojivu 1 : 1 1 : 24 BSCP 3c 0/20 0,2 0, v pojivu 1, z BSC1 1: 4 1: 3 BSCP-4 0/ 0,31 0, z BCS1 1, z BSC1 1 : 1 1 : 20 BSCP 4a 0/ 0,2 0, v pojivu 1, z BSC1 1 : 23 1 : 2 BSCP 4b 0/ 0,2 0, v pojivu 1, v pojivu 1 : 1 1 : 21 BSCP 4c 0/ 0,2 0, v pojivu 1, z BSC1 1: 2: BSCP- 0/ 0,33 0, z BCS1 1, z BSC1 1 : 14 1 : 1 BSCP a 0/ 0, 0, v pojivu 1, z BSC1 1 : 2 1 : 3 BSCP b 0/ 0, 0, v pojivu 1, v pojivu 1 : 1 1 : 23 BSCP c 0/ 0, 0, v pojivu 1, z BSC1 2 : 04 2 : BSCP- / 0, 0, z BCS1 1, z BSC1 1 : 13 1 : 1 BSCP a / 0,31 0, v pojivu 1, z BSC1 1 : 33 1 : 42 3

3 Označení pojiva BS cem/pop SLOŽENÍ POJIVA Vodní souč. v/c Kortan FN Na 2 CO 3 Počátek Konec BSCP b / 0,31 0, v pojivu 1, v pojivu 1 : 1 1 : 24 BSCP c / 0,31 0, v pojivu 1, z BSC1 2 : 02 2 : Z analýzy počátků a dob cementových kaší s různou koncentrací přísad systému regulace vyplývá, že při obsahu 0,% KORTAN FN v pojivu a 1,% Na 2 CO 3 ve výchozím cementu je dosahováno nejvyšších hodnot. Proto byly další práce prováděny na pojivu s tímto obsahem přísad systému regulace. b) Pevnosti v tlaku a tahu za ohybu Jsou uvedeny výsledky sledování průběhu pevností s optimálním množstvím koncentrace přísad systému regulace, které bylo tj. 0,% z hmotnosti původního bezsádrovcového cementu + z hmotnosti přidávaného popílku a 1,% Na 2 CO 3 z hmotnosti původního bezsádrovcového cementu. Stejně jako u cementových kaší, tak i u normových malt se vodní součinitel zvyšoval lineárně s rostoucím podílem popílku v pojivu. Výše vodního součinitele byla volena tak, aby bylo dosaženo co nejoptimálnější zpracovatelnosti a zároveň nebyly nikterak ovlivněny pevnosti normových malt. Hodnoty vodních součinitelů jsou uvedeny v názvech grafů s výsledky zkoušek. Výsledky zkoušek pevností cementu jsou uvedeny v grafech 1až. GRAF ČÍSLO 1 : Pevnost v tlaku a tahu za ohybu referenční záměsi (bez přídavku popílku, w=0,31) Pevnost v tlaku 4

4 GRAF ČÍSLO 2 : Pevnost v tlaku a tahu za ohybu, kde výchozí pojivo je nahrazeno % popílku 12 0 Pevnost v tlaku GRAF ČÍSLO 3 : Pevnost v tlaku a tahu za ohybu, kde výchozí pojivo je nahrazeno 20% popílku 12 0 Pevnost v tlaku

5 GRAF ČÍSLO 4 : Pevnost v tlaku a tahu za ohybu, kde výchozí pojivo je nahrazeno % popílku 0 Pevnost v tlaku GRAF ČÍSLO : Pevnost v tlaku a tahu za ohybu, kde výchozí pojivo je nahrazeno % popílku 4 20 Pevnost v tlaku

6 GRAF ČÍSLO : Pevnost v tlaku a tahu za ohybu, kde výchozí pojivo je nahrazeno % popílku Pevnost v tlaku Závěr Na základě analýzy dosavadních výsledků lze konstatovat : Počátek cementové kaše - se zvyšujícím se podílem popílku z klasického spalování hnědého uhlí v pojivu se zvyšuje doba počátku cementové kaše, i když se jedná řádově o minuty. Počátek cementové kaše - přidáním přísady systému regulace KORTAN FN (sulfonovaného polyfenolátu) v množství 0,% z pojiva (původní bezsádrovcový cement + struska) byla dosaženo nejvyšších hodnot počátku pojiv s přídavkem popílku. Při této koncentrací přísady KORTAN FN ve všech případech byla doba počátku delší než u původního bezsádrovcového cementu. Vzhledem k problémům s počátkem a zpracovatelnosti cementové kaše, které se vyskytly při použití popílku, bylo nutno prověřit několik variant, jak tyto závady odstranit. Jako nejoptimálnější se projevila varianta, kde systém regulace tvořil KORTAN FN (sulfonovaný polyfenolát) v množství 0,% hmotnosti z pojiva (původní bezsádrovcový cement + popílek) s vodním součinitelem 0,, který byl s přibývajícím množstvím popílku postupně zvyšován až do hodnoty 0,31. Tato kombinace měla vždy nejpříznivější počátek a dobu. Pevnosti v tlaku cementů (pojivo s obsahem 0,% KORTAN FN) Téměř ve všech stanovených dobách zkoušení pevnosti v tlaku platilo pravidlo, že s přibývajícím množstvím popílku v pojivu klesá pevnost v tlaku cementu. Pouze

7 v případě 2 denního stáří cementu měl cement obsahující % popílku vyšší pevnost v tlaku než výchozí cement (cement bez popílku). Ve stáří cementu 0 dní dosáhly takřka rovnocenné pevnosti cementy s přídavkem, 20% popílku v porovnání s výchozím cementem. (pojivo s obsahem 0,% KORTAN FN) ve stáří cementu 1 až 3 dny mají obdobnou klesající tendenci jako pevnosti v tlaku. V dalším období je průběh pevností různý, je to dáno i tím, že u některých pojiv, dosáhly pevnosti v tahu za ohybu maxima ve stáří 3 resp. dní a potom začaly klesat. Tento jev není u bezsádrovcových cementů neznámý. Autor článku se tímto jevem již zabýval, ale zatím se nepodařilo zjistit jednoznačnou příčinu tohoto jevu [2]. Práce byla řešena s podporou podporou záměru MSM 0021 Progresivní stavební materiály s využitím druhotných surovin a jejich vliv na životnost konstrukcí a projektu GAČR 3/04/01 a GA 3/0/H044. Literatura [1] DROCHYTKA, R. a kol. Výzkum a vývoj nových materiálů z odpadních surovin a zajištění jejich vyšší trvanlivosti ve stavebních konstrukcích. VUT v Brně, Závěrečná roční zpráva projektu VVZ CEZ MSM 21000, Brno [2] BROŽOVSKÝ, J.: Gypsum-free cements long-term growth of strength inrelation to time.. In Sborník International conference «CONSTRUKTION AND ARCHITECTURE»: Mink, februar 2003, pp. 2-21, ISBN