PL209288B1 - Zastosowanie do wytwarzania betonów i zapraw zawierających w składzie cement portlandzki popiołów lotnych ze spalania węgla kamiennego lub brunatnego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie popiołów lotnych ze spalania węgla kamiennego lub brunatnego do wytwarzania betonów i zapraw.

Dotychczas betony lub zaprawy wytwarzane są z mieszanki poprzez dodawanie do niej cementów zawierających popioły lotne lub wprowadzanie osobno cementu i popiołów.

W tych przypadkach dominują cymi frakcjami są ziarna popioł u o wielkoś ci 40-60 μ m.

Z danych literaturowych wiadomo, że główną, pożądaną właściwością popiołów lotnych jest zdolność do wchodzenia w reakcję pucolanową, co prowadzi do pożądanych zmian struktury i mikrostruktury stwardniałych betonów i zapraw, im ta zdolność jest większa, tym uzyskujemy korzystniejsze właściwości betonu. Wzrost udziału popiołu lotnego w mieszance betonowej lub zaprawie pozwala zmniejszyć udział najdroższego składnika, jakim jest cement portlandzki.

W przypadku, gdy popió ł lotny zawiera znaczne iloś ci frakcji gruboziarnistej (> 30 μ m) speł nia on rolę mikrowypełniacza, a jego aktywność chemiczna jest znacznie ograniczona.

Ze zgłoszenia P-344 896 znana jest masa betonowa lekka, zwłaszcza do produkcji elementów prefabrykowanych. Może być także stosowana jako izolacyjna zaprawa murarska do zalewania stropów i innych. Masa betonowa lekka składa się z cementu, popiołu lotnego i/lub żużla, granulatu styropianowego, wody oraz plastyfikatora składającego się z 1 do 10 części soli amonowej destylowanego oleju talowego, 1 do 10 części soli amonowej pozostałości pokalafoniowej z rektyfikacji oleju talowego, 1 do 10 cz ęści lateksu butadienowo-styrenowego oraz 70 do 97 części wody.

Ze zgłoszenia P-313 242 znany jest beton o podwyższonej i wysokiej wytrzymałości, który zawiera jako mikrowypełniacz zużyty katalizator glinokrzemianowy z instalacji fluidalnego krakingu katalitycznego, w ilości 0,01-30% masy użytego cementu, a ze zgłoszenia P-306 347 znany jest beton stanowiący mieszaninę składającą się z cementów portlandzkich CP-35 i CP-45 bez dodatków. Jako spoiwo dodaje się w proporcji od 1 do 90% mielonego granulowanego żużla wielkopiecowego o wysokim stopniu rozdrobnienia, powyżej 4000 cm2/g. Natomiast ze zgłoszenia P-292 216 znane jest lekkie tworzywo betonowe przeznaczone, zwłaszcza do wytwarzania drobnowymiarowych elementów budowlanych. Tworzywo składa się z cementu w ilości 25-40 części wagowych, popiołów lotnych w ilości 25-50 części wagowych, rozdrobnionej sztywnej pianki poliuretanowej, o gęstości nasypowej 32-42 kg/m³, w ilości 4-10 części wagowych oraz wody w niezbędnej ilości.

Znane jest z polskiego zgłoszenia P-332 713 spoiwo cementowo-popiołowe aktywowane mechanicznie i chemicznie, mające zastosowanie zwłaszcza w drogownictwie, również w budownictwie ogólnym, a ze względu na wysoki stopień rozdrobnienia wykorzystane może być do produkcji gotowych suchych zapraw wykończeniowych oraz do komponowania spoiwowych mieszanek dla prac górniczych. Spoiwo składa się wagowo z 30 + 83 części popiołu lotnego fluidalnego, otrzymanego ze spalania węgla w kotłach energetycznych z paleniskiem fluidalnym, zawierającego wolny tlenek wapnia CaO nie mniej niż 6% oraz siarczany SO2 nie mniej niż 5%, zmielonego do powierzchni właściwej nie mniejszej niż 6000 cm²/g według Blaine'a, 12 + 60 części cementu portlandzkiego, 5 + 10 części mikrokrzemionki oraz przy komponowaniu betonów jest zarabiane wodą z aktywatorem chemicznym.

Ze zgłoszenia P-341 402 znana jest kompozycja, będąca rzadką zaprawą do wstrzykiwania, zawiera: wodę, spoiwo hydrauliczne, takie jak cement i co najmniej 100 kg/m³ lotnych popiołów pochodzących ze spalania węgla w obiegowym złożu fluidalnym.

Z opisu patentowego CN 2 219 188 znana jest kompozycja cementowa zawierająca popiół lotny poddany uprzednio kontrolowanej obróbce, polegającej na wstępnej hydratacji w wodnym roztworze Ca(OH)2. Popiół lotny poddany wstępnej hydratacji wstępnej hydratacji w wodnym roztworze Ca(OH)2 stanowi cenny dodatek do cementu i wykazuje odmienną strukturę i zmianę składu fazowego w porównaniu do popiołu wyjściowego, co wpływa korzystnie na wytrzymałość zaprawy i betonu i dynamikę jej narastania z upływem czasu.

Znane jest z literatury ( W. Roszak, F. Kubiczek) zastosowanie popiołu lotnego jako wypełniacza do betonów oaz wpływ uziarnienia popiołu na wytrzymałość betonu. Popiół lotny stosowany jako mikrowypełniacz powinien spełniać pewne wymagania, a mianowicie: SO3 - nie więcej niż 3,0%, straty prażenia - nie więcej niż 10,0%, pozostałość na sicie o boku oczka kwadratowego 0,06 lub 0063 mm - nie więcej niż 30,0%. Z pozycji książkowej „Popioły lotne i ich zastosowanie w budownictwie drogowym” J. Pachowskiego znane jest zastosowanie popiołu lotnego jako dodatku hydraulicznego (lub części kruszywa) w betonach, jak również jako częściowy zamiennik cementu w betonie. Z w/w pozycji znany jest wpływ dodatku popiołu lotnego na wytrzymałość i trwałość betonu. Dodatek popiołu lotPL 209 288 B1 nego powoduje opóźnienie przyrostu wytrzymałości początkowej zaprawy i betonu, w której część cementu zastąpiono popiołem. Wyrównanie niedoboru wytrzymałości następuje przeważnie w terminie 90-dniowym [(przy zamianie 20% cementu na popiół) lub 180-dniowym (przy zamianie 30% cementu na popiół)]. W późniejszych czasie następuje dalszy wzrost wytrzymałości. Skład granulometryczny popiołów lotnych jest zależny od rozdrobnienia paliwa oraz d miejsca poboru z instalacji odpopielania. Kryterium podziału popiołów lotnych jest zawartość cząstek poniżej 75 μm, przy czym popioły drobnoziarniste zawierają co najmniej 75% cząstek poniżej 75 μ^ι.

Celem wynalazku jest zwiększenie efektywności stosowania popiołów lotnych. Istotę wynalazku stanowi zastosowanie do wytwarzania betonów i zapraw zawierających w składzie cement portlandzki popiołów lotnych ze spalania węgla kamiennego lub brunatnego do wytwarzania betonów i zapraw, zawierających ponad 60% frakcji o uziarnieniu poniżej 30 μ^ι w ilości 1 do 40% wagowych.

Frakcja ziarnowa popiołu lotnego poniżej 30 μm ulega w krótkim czasie całkowitemu przereagowaniu z wodorotlenkiem wapniowym, dając bardzo pożądane produkty hydratacji cementu, takie jak uwodniony krzemian wapniowy (CSH) o niskim stosunku C/S oraz hydrogranaty typu CxAySmHn. Produkty te wpływają bardzo korzystnie na własności betonów i zapraw między innymi na wytrzymałość i odporność korozyjną. Powstająca mikrostruktura stwardniałego zaczynu jest bardzo zwarta, co utrudnia penetrację w głąb betonu, korozyjnych roztworów wodnych czy też gazów. Dodatkowo, wyraźnemu polepszeniu ulega warstwa kontaktowa zaczyn-kruszywo. Zmniejsza się w tej warstwie ilość wodorotlenku wapniowego (portlandytu), co prowadzi do uzyskania dobrej przyczepności kruszywa do zaczynu i w konsekwencji wzrostu wytrzymałości betonu i zapraw. Uzyskany beton czy zaprawa, zawierająca popioły lotne według wynalazku nie wykazuje spadku wczesnych wytrzymałości. W efekcie pozwala to na obniżenie zużycia cementu portlandzkiego na 1 m³ betonu dla danej klasy wytrzymałościowej, co stwarza szanse na uzyskiwanie tańszych betonów o wysokiej trwałości i wytrzymałości.

P r z y k ł a d 1

Przygotowano zaprawę normową składającą się z czystego cementu portlandzkiego CEM I 42,5 oraz zaprawę w której 20% cementu zastąpiono popiołem lotnym, zawierającym 62% frakcji ziarnowych poniżej 30 μm. Właściwości wytrzymałościowe tych zapraw przedstawiono w tabeli.

Rodzaj spoiwa	Wytrzymałość zaprawy na ściskanie [MPa]
2 dni	28 dni	90 dni
CEM I 42,5	24,6	44,7	54,4
CEM I 42,5 zaw. 20% popiołu lotnego	23,9	45,9	57,2

P r z y k ł a d 2

Przygotowano mieszankę betonową składającą się z cementu portlandzkiego CEM I 42,5 (BI) oraz mieszankę betonową, w której 20% cementu zastąpiono popiołem lotnym, zawierającym 62% frakcji ziarnowych poniżej 30 μ^ι (BIl). Właściwości wytrzymałościowe tych betonów przedstawiono w tabeli.

Rodzaj betonu	Wytrzymałość betonu na ściskanie [MPa]
2 dni	28 dni	90 dni
B I	21,2	37,2	42,64
B II	21,4	39,1	49,70

Zastrzeżenie patentowe

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Zastosowanie do wytwarzania betonów i zapraw zawierających w układzie cement portlandzki popiołów lotnych ze spalania węgla kamiennego lub brunatnego do wytwarzania betonów i zapraw, zawierających ponad 60% frakcji o uziarnieniu poniżej 30 μm w ilości 1 do 40% wagowych.