PL240782B1 - Ekologiczne spoiwo budowlane oraz jego zastosowanie - Google Patents
Ekologiczne spoiwo budowlane oraz jego zastosowanie Download PDFInfo
- Publication number
- PL240782B1 PL240782B1 PL432090A PL43209019A PL240782B1 PL 240782 B1 PL240782 B1 PL 240782B1 PL 432090 A PL432090 A PL 432090A PL 43209019 A PL43209019 A PL 43209019A PL 240782 B1 PL240782 B1 PL 240782B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- zeolite
- binder
- mass
- water
- slag
- Prior art date
Links
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims description 42
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 43
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 43
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 20
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 10
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 10
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 8
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 7
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 6
- 230000027455 binding Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001507939 Cormus domestica Species 0.000 description 2
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- KEZYHIPQRGTUDU-UHFFFAOYSA-N 2-[dithiocarboxy(methyl)amino]acetic acid Chemical compound SC(=S)N(C)CC(O)=O KEZYHIPQRGTUDU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012615 aggregate Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 calcium cations Chemical class 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical class O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 235000019462 natural additive Nutrition 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 235000019795 sodium metasilicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 230000004572 zinc-binding Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest ekologiczne spoiwo budowlane oraz jego zastosowanie w budownictwie, w szczególności do wytwarzania konstrukcyjnych i prefabrykowanych elementów, zapraw murarskich, wykorzystywane w specjalnych strefach o podwyższonej wilgotności, gdzie właściwości gotowego wyrobu są uzależnione od możliwości wiązania jonów szkodliwych dla środowiska.
W obecnym stanie wiedzy powszechnie stosowane są zaprawy budowlane w postaci mieszaniny co najmniej jednego spoiwa nieorganicznego, kruszyw, wody, dodatków i domieszek. Stosowane spoiwa w zaprawach, betonach czy mało gabarytowych wyrobach takich jak krawężniki, bloczki bazują głównie na zastosowaniu cementu. Z pojęciem cementu z kolei nierozerwalnie wiąże się pojęcie śladu węglowego. Badania w zakresie materiałów budowlanych koncentrują się obecnie, w myśl założeń gospodarki o obiegu zamkniętym (GOZ), na poszukiwaniu rozwiązań pozwalających na uzyskanie tworzywa wykonanego z materiałów odpadowych po procesach wysokotemperaturowych. Materiały odpadowe jednak zawierają pewne ilości szkodliwych, toksycznych dla środowiska związków, jonów metali ciężkich. Obecnie stosuje się żużle, popioły, pyły, których chemiczny skład kolejnych partii jest zmienny, stąd każdorazowo w procesie wytwórczym materiału budowlanego należy podać uzyskany efekt z zaznaczeniem składu użytych materiałów.
Zastosowanie żużla wiąże się z długim czasem wiązania, występowaniem rys, potrzebą ulokowania jego wyrobów w środowisku raczej wilgotnym i dla bezpieczeństwa nie kontaktującym się ze stalowym zbrojeniem, ze względu na nieco obniżony odczyn. Cechami korzystnymi spoiw żużlowych jest wysoka trwałość chemiczna na korozyjne media płynne i wysoka wytrzymałość tego typu geopolimerów ze względu na znikomą lub zerową zawartość wodorotlenku wapniowego. Stąd sugeruje się stosować spoiwo geopolimerowe jako pracujące w warunkach gruntowych, do wykonywania fundamentów, kręgów studni kanalizacyjnych, rur kanalizacji deszczowej, drobnowymiarowych elementów. Problem stanowić może stopień toksyczności materiałów odpadowych.
W grupie spoiw budowlanych wyróżnia się spoiwa wapienne, gipsowe i cementowe. W ostatnim czasie poszukuje się rozwiązań bezcementowych spoiw budowlanych, tak zwanych nieorganicz nych geopolimerów, amorficznych glinokrzemianów. Prace dotyczące tych zagadnień prowadzone są głównie w jednostkach zagranicznych. W Polsce między innymi J. Mikuła, M. Łach, M. Hebda w szeregu anglojęzycznych publikacji podawali wyniki badań głównie wytrzymałości mieszanek, właściwości termicznych, izolacyjnych z zastosowaniem aktywowanego alkaliami popiołu lotnego, pyłów dymnicowych, wulkanicznego tufu filipowickiego, aktywowanego metakaolinu, prowadzili prace nad wiązaniem popiołu ze spalarni odpadów miejskich. Materiały te dodawane są również do cementów jako ich substytuty, tworzą cementy portlandzkie z dodatkami, cementy hutnicze, pucolanowe, wieloskładnikowe. Ze spoiw bezcementowych tworzy się z kolei tzw. „zielone betony”, „eko-betony”.
Celem wynalazku jest wykorzystanie materiałów odpadowych do produkcji spoiwa budowlanego, które ma właściwości „samo-wiążące” metale ciężkie i inne toksyczne substancje występujące w śladowych ilościach w składnikach spoiwa: w żużlach i popiołach.
Cel ten osiągnięto poprzez dodatek zeolitu, którego struktura umożliwia wymianę jonów. Nasączony azotanem wapnia uwalniał jony wapnia do masy spoiwa, co z kolei spowodowało spadek wytrzymałości na ściskanie beleczek z zaprawy o połowę. Tendencja ta nie miała miejsca w przypadku nasączenia zeolitu wodą destylowaną.
Stwierdzono nieoczekiwanie, podczas prowadzonych prac badawczych, że mokra pielęgnacja obniżyła do 7% wartość wytrzymałości na ściskanie po 28 dobach w stosunku do suchej pielęgnacji, ale za to podwyższyła wytrzymałość na zginanie o 50-65%. Dzięki tej właściwości można dobrać sposób pielęgnacji wytworzonych elementów do jakości obciążeń, pod którymi będą pracować.
Ekologiczne spoiwo budowlane na bazie aktywowanego mielonego granulowanego żużla wielkopiecowego charakteryzuje się tym, że zawiera od 70% do 90% masowych aktywowanego mielonego granulowanego żużla wielkopiecowego o powierzchni właściwej wg Blaine’a co najmniej 385 m2/kg, przy czym stosunek wody aktywującej do żużla jest stały i wynosi 0,65; od 4,5% do 5,5% masowych popiołu lotnego biomasowego o granulacji do 600 μm; od 8% do 12% masowych żużla paleniskowego oraz do 9% masowych pasty zeolitowej, która jest mieszaniną zeolitu i wody lub roztworu azotanu wapnia.
Korzystnie ekologiczne spoiwo budowlane według wynalazku charakteryzuje się tym, że pasta zeolitowa zawiera sproszkowany zeolit o powierzchni właściwej co najmniej 1364 m 2/kg nasączony uprzednio wodą destylowaną w stałym stosunku masowym wody do zeolitu wynoszącym 0,47.
PL 240 782 B1
Korzystnie ekologiczne spoiwo budowlane według wynalazku charakteryzuje się tym, że pasta zeolitowa zawiera zeolit o powierzchni właściwej co najmniej 1364 m2/kg nasączony uprzednio roztworem azotanu wapnia NitCal w stałym stosunku masowym NitCal do zeolitu wynoszącym 0,8.
Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie ekologicznego spoiwa budowlanego do wytwarzania zaprawy, która zawiera od 64% do 67% piasku.
Sposób otrzymywania spoiwa polega na tym, że po wymieszaniu zmielonego żużla wielkopiecowego z wodą aktywującą, dodaje się po 5 minutach popiół lotny biomasowy i żużel paleniskowy. Po kolejnych 5 minutach ciągłego mieszania dodaje się pastę zeolitową, którą przygotowano co najmniej 2 doby wcześniej z zeolitu oraz wody destylowanej lub z zeolitu i roztworu NitCal, całość miesza się mechanicznie przez 15 minut do uzyskania jednolitej konsystencji.
Zaletą rozwiązania według wynalazku jest ekologiczność wyrażona w dwóch aspektach: w wykorzystaniu wyłącznie materiałów wtórnych oraz w użyciu dodatków naturalnych imobilizujących metale ciężkie.
Generalnie, mieszanki spoiwa geopolimerowego po stwardnieniu mogą wydzielać do środowiska gruntowego pewne ilości wybranych metali. Aktualne rozporządzenie Ministra Środowiska: Dz.U, 2016 poz. 1395 (Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia I września 2016 r. w sprawie sposobu prowadzenia oceny zanieczyszczenia powierzchni ziemi) wskazuje na niebezpieczne metale: Arsen (As), Bar (Ba), Chrom (Cr), Cyna (Sn), Cynk (Zn), Kadm (Cd), Kobalt (Co), Miedź (Cu), Molibden (Mo), Nikiel (Ni), Ołów (Pb), Rtęć (Hg) i in. Substancje te powodują ryzyko szczególnie istotne dla ochrony powierzchni ziemi. Dopuszczalne zawartości tych substancji w glebie [w mg/kg suchej masy części ziemistych gleby (<2 mm)], określone są dla głębokości do 0,25 m ppt. Wynalazek ma uchronić przed możliwością wymywania takich pierwiastków z masy spoiwa.
Przedmiot wynalazku został zilustrowany przykładami.
W poniższych przykładach udziały poszczególnych składników określa się jako procentowy udział masowy. Woda aktywująca wiązanie żużla sporządzana jest z wody destylowanej o przewodności <= 0,06 μS oraz aktywatora, którym jest pentahydrat metakrzemianu sodowego Na2SiO3^5H2O (w stosunku masowym destylowana woda/aktywator = 4,174).
Technologia przygotowania spoiwa polega na pięciominutowym wymieszaniu MGŻW (mielonego granulowanego żużla wielkopiecowego) z wodą aktywującą mieszadłem mechanicznym, a następnie dodaje się 4,5-5,5% popiołu lotnego biomasowego i 8-12% żużla paleniskowego i ciągle mieszając w czasie 5 minut. Następnie dodaje się do 5% nasączon ego zeolitu i miesza przez kolejne 15 minut.
Korzystnie dodaje się piasek w ilości 64-67% całkowitej masy zaprawy, w celu wykonania zaprawy do wytrzymałościowych badań beleczek o wymiarach 4x4x16 cm, według normy PN-EN 1961 dotyczącej wyznaczania wytrzymałości cementu. Otrzymane spoiwo cechuje się dobrą urabialnością, jest plastyczne, po wypełnieniu formy, wystarczy zagęścić ręcznie.
Zmielony zeolit dodano w ilości 5% w celu poprawy urabialności i plastyczności betonu, a ze względu na zawartość CaO zeolit aktywuje reakcje pucolanowe, co może skrócić stosunkowo długi czas wiązania żużla. Ze względu na mikrostrukturę zeolit sorbuje również niektóre wolne jony metali ciężkich. Zeolit nasączono wodą, by nie pochłaniał koloidalnej wody aktywującej. Stosunek wagowy wody do zeolitu wynosił: 0,47. W celu polepszenia reakcji pucolanowych i reakcji wymiany, zeolit opcjonalnie nasączono roztworem o handlowej nazwie NitCal (mieszanina zawierająca wodny roztwór azotanu wapnia wykorzystywana do domieszek betonowych). Reakcje wymiany polegają na wymianie kationów wapnia z kationami metali obecnymi w cieczy spoiwa. Stosunek wagowy azotanu wapnia do zeolitu wynosił: 0,80.
P r z y k ł a d 1
W wariancie podstawowym, w skład spoiwa żużlowego o nazwie ZK1 wchodzi:
mielony granulowany żużel wielkopiecowy 2 700 gram woda aktywująca 1 755 gram żużel paleniskowy 540 gram popiół lotny biomasowy 270 gram
P r z y k ł a d 2
W wariancie drugim, spoiwo o nazwie ZK1z10, zostało stworzone na bazie ZK1, ale dodano do tej mieszanki zeolit wstępnie nasączony wodą w celach uzyskania lepszych właściwości reologicznych mieszanki i nie sorbowania wody aktywującej żużel. W skład spoiwa żużlowego o nazwie ZK1z10 wchodzi:
PL 240 782 BI mielony granulowany żużel wielkopiecowy 2 700 gram woda aktywująca 1 755 gram żużel paleniskowy 540 gram popiół lotny biomasy 270 gram zeolit 270 gram nasączony wodą destylowaną 126,9 gram
Przykład 3
W wariancie trzecim, spoiwo o nazwie ZK1z10nc, zostało wytworzone na bazie ZK1, do którego dodano zeolit nasączony roztworem azotanu wapnia o handlowej nazwie NitCal, przynajmniej 2 doby przed zastosowaniem. Jony azotu i wapnia zabsorbowane przez zeolit mogą po zmieszaniu z innymi składnikami spoiwa ulegać wymianie na jony znajdujące się w mieszance, co tworzy spoiwo jeszcze bardziej ekologicznym wskutek immobilizowania jonów metali, a uwolniony wapń bierze udział w reakcjach pucolanowych. W skład spoiwa żużlowego o nazwie ZK1z10nc wchodzi:
mielony granulowany żużel wielkopiecowy 2 700 gram woda aktywująca 1 755 gram żużel paleniskowy 540 gram popiół lotny biomasowy 270 gram zeolit 270 gram nasączony NitCal 216 gram
W związku z tym, że w praktyce budowlanej nie używa się samego spoiwa, a co najmniej spoiwa z niereaktywnymi wypełniaczami, poniżej podano 3 przykłady, w których uwzględniono kruszywo używane do badań wytrzymałościowych spoiwa, czyli piasek normowy wg EN 196-1.
| przykłady | mieszanka | MGŻW | woda aktywująca | piasek | żużel paleniskowy | popiół biomasowy | zeolit | nasączenie zeolitu | |
| NitCal | woda | ||||||||
| Przykład 1 | ZK1 | 2700 | 1755 | 10530 | 540 | 270 | • | - | - |
| Przykład 2 | ZKlzlO | 2700 | 1755 | 10530 | 540 | 270 | 270 | - | 126,9 |
| Przykład 3 | ZKlzlOne | 2700 | 1755 | 10530 | 540 | 270 | 270 | 216 | - |
Tablica. Przykłady mieszanek zapraw i masy składników mieszanki zaprawy na spoiwie żużlowym, w gramach.
Powyższe przykłady zapraw cechowały się właściwościami mechanicznymi, które przedstawiono w poniższych tablicach. Beleczki zapraw dojrzewały w kartonowych pojemnikach. Ich wytrzymałość na zginanie przy rozciąganiu malała w czasie. Zwiększała się w czasie wytrzymałość na ściskanie. Najwyższą wytrzymałość na ściskanie miały próbki ZK1z10. Wykonano również badanie porównujące wpływ mokrej i suchej pielęgnacji po 28 dobach hydratacji, przy czym zanurzenie nastąpiło w 3 dobie, po rozformowaniu.
Wyniki pokazały, że wskutek mokrej pielęgnacji wartości wytrzymałości na ściskanie zmalały, ale za to zwiększyła się wartość wytrzymałości na zginanie.
| Czas hydratacji, tyg. | ZK1 | ZKlzlO | ZKlzlOne | |||
| Zginanie, MPa | Ściskanie, MPa | Zginanie, MPa | Ściskanie, MPa | Zginanie, MPa | Ściskanie, MPa | |
| 1 | 3,6 | 16,0 | 3,6 | 18,7 | 3,0 | 9,8 |
| 2 | - | - | 3,0 | 24,7 | 2,7 | 12,0 |
| 3 | 3,2 | 24,0 | 3,5 | 26,5 | 2,2 | 12,4 |
| 8 | 2,9 | 31,0 | 2,7 | 30,3 | 1,0 | 15,6 |
Tab. Wytrzymałość spoiw po 1,2, 3, 8 tygodniach hydratacji w suchych warunkach
| Pielęgnacja, 28d | ZK1 | ZKlzlO | ZKlzlOne | |||
| Zginanie, MPa | Ściskanie, MPa | Zginanie, MPa | Ściskanie, MPa | Zginanie, MPa | Ściskanie, MPa | |
| Mokra | 7,5 | 25,5 | 7,8 | 26,3 | 5,5 | 13,8 |
| Sucha | 3,5 | 27,5 | 2,8 | 28,2 | 2,5 | 14 |
Tab. Wytrzymałość spoiw po 28 dobach hydratacji w zanurzeniu i w warunkach suchych
PL 240 782 B1
Przeprowadzone badania na wymywalność według autorskiej metody wykazały, że spośród zbadanych zawartość takich metali jak: Cr, Zn, Cd, Cu, Ni, Pb, Hg, z których większość znajdowała się w składnikach mieszanek, jedynie w przypadku 28 doby hydratacji poziom miedzi był w okolicach najniższego dopuszczalnego dla gruntów z podgrupy II-1 (wg Dz.U. 2016 poz. 1395). W dalszym czasie hydratacji miedź była już efektywniej sorbowana w mieszankach spoiwowych. Zaleca się więc używać tych spoiw do gruntów pozostałych 5 (pod)grup, albo do elementów prefabrykowanych, wbudowanych w konstrukcje po 56 dobie. Nasączenie zeolitu solą wapniową spowodowało znaczące związanie cynku i ołowiu w pierwszych dobach hydratacji. Zeolit wiąże fizycznie również siarczany w pierwszych dobach hydratacji, jednak w dalszym czasie wiązanie to jest efektywne jedynie po nasączeniu zeolitu solą wapniową. Brak zeolitu w mieszankach spowodował wydzielanie się w późniejszym czasie (56d) związanego wcześniej żelaza. Modyfikacje składu nie miały większego wpływu na udział jonów chlorkowych. Udział agresywnego dwutlenku węgla zwiększył się w czasie trwania hydratacji w mieszankach ZK1 (przykład 1) i ZK1z10 (przykład 2), bez dodatkowego źródła wapnia. Natomiast brak zeolitu wiąże się z malejącą w czasie zawartością ogólnego węgla organicznego.
Skład kompozytów podany w 3 przykładach, w których zastosowano spoiwo żużlowe pozwala na otrzymanie tworzywa o bardzo wysokiej odporności na korozję chemiczną. Wynika to z głównej zawartości mielonego żużla w tych mieszankach (100% spoiwa), co powoduje, że w produktach hydratacji nie ma najsłabszej fazy, jaką jest portlandyt. Jakkolwiek nasączenie zeolitu azotanową solą wapnia w ZK1z10nc znacząco obniżyło wytrzymałość. Uzyskano również materiał imobilizujący metale zawarte w surowcach wtórnych, czyli składnikach spoiwa.
Claims (4)
1. Ekologiczne spoiwo budowlane na bazie aktywowanego mielonego granulowanego żużla wielkopiecowego, znamienne tym, że zawiera od 70% do 90% masowych aktywowanego mielonego granulowanego żużla wielkopiecowego o powierzchni właściwej wg Blaine’a co najmniej 385 m2/kg, przy czym stosunek wody aktywującej do żużla jest stały i wynosi 0,65; od 4,5% do 5,5% masowych popiołu lotnego, biomasowego o granulacji do 600 μm; od 8% do 12% masowych żużla paleniskowego oraz do 9% masowych pasty zeolitowej, która jest mieszaniną zeolitu i wody lub roztworu, azotanu, wapnia.
2. Ekologiczne spoiwo budowlane według zastrz. 1, znamienne tym, że pasta zeolitowa zawiera sproszkowany, zeolit o powierzchni właściwej co najmniej 1364 m 2/kg nasączony uprzednio wodą destylowaną w stałym stosunku masowym wody do zeolitu wynoszącym 0,47.
3. Ekologiczne spoiwo budowlane według zastrz. 1, znamienne tym, że pasta zeolitowa zawiera zeolit o powierzchni właściwej co najmniej 1364 m2/kg nasączony uprzednio roztworem azotanu wapnia NitCal w stałym stosunku masowym NitCal do zeolitu wynoszącym 0,8.
4. Zastosowanie ekologicznego spoiwa budowlanego określonego w zastrz. 1 do wytwarzania zaprawy, która zawiera od 64% do 67% piasku.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL432090A PL240782B1 (pl) | 2019-12-05 | 2019-12-05 | Ekologiczne spoiwo budowlane oraz jego zastosowanie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL432090A PL240782B1 (pl) | 2019-12-05 | 2019-12-05 | Ekologiczne spoiwo budowlane oraz jego zastosowanie |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL432090A1 PL432090A1 (pl) | 2021-06-14 |
| PL240782B1 true PL240782B1 (pl) | 2022-06-06 |
Family
ID=76321177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL432090A PL240782B1 (pl) | 2019-12-05 | 2019-12-05 | Ekologiczne spoiwo budowlane oraz jego zastosowanie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL240782B1 (pl) |
-
2019
- 2019-12-05 PL PL432090A patent/PL240782B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL432090A1 (pl) | 2021-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Topçu et al. | Experimental investigation of some fresh and hardened properties of rubberized self-compacting concrete | |
| Lee et al. | Alkali-activated, cementless, controlled low-strength materials (CLSM) utilizing industrial by-products | |
| JP5059285B2 (ja) | セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いたセメントコンクリート | |
| Miqueleiz et al. | The use of stabilised Spanish clay soil for sustainable construction materials | |
| KR101783063B1 (ko) | 시멘트 혼화재 및 그 제조 방법, 및 그 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트 | |
| CA3109560C (en) | High strength class c fly ash cementitious compositions with controllable setting | |
| Lorca et al. | Microconcrete with partial replacement of Portland cement by fly ash and hydrated lime addition | |
| Escalante-Garcia et al. | Calcium sulphate anhydrite based composite binders; effect of Portland cement and four pozzolans on the hydration and strength | |
| Gervais et al. | Performance study of cementitious systems containing zeolite and silica fume: effects of four metal nitrates on the setting time, strength and leaching characteristics | |
| US20050172865A1 (en) | Method for preparing a building material | |
| Ramadhansyah et al. | Properties of concrete containing rice husk ash under sodium chloride subjected to wetting and drying | |
| Ayuba et al. | Durability properties of cement–saw dust ash (SDA) blended self compacting concrete (SCC) | |
| Ahmed et al. | Hydration characteristics and leaching behavior of different mixes of slag based–geopolymer cement in presence of heavy metals | |
| Kumar et al. | Compressive strength performance of high strength concretes using binary supplementary cementitious materials | |
| Snelson et al. | Resistance of mortar containing unprocessed pulverised fuel ash (PFA) to sulphate attack | |
| Bhavsar et al. | Workability properties of geopolymer concrete using accelerator and silica fume as an admixture | |
| PL240782B1 (pl) | Ekologiczne spoiwo budowlane oraz jego zastosowanie | |
| Uddin | Use of brick dust in concrete as mineral admixture and partial replacement of cement | |
| Elinwa | Sawdust Ash-Conplast Admixed Concrete: Compressive Strength, and Acid-Sulphate Evaluation. | |
| Memis et al. | Some durability properties of alkali activated materials (AAM) produced with ceramic powder and micro calcite | |
| Pavlíková et al. | Effect of metakaolin as partial Portland-cement replacement on properties of high performance mortars | |
| Khater | Effect of cement kiln dust on geopolymer composition and its resistance to sulphate attack | |
| TW201200492A (en) | Method of making concrete compositions | |
| Cubukcuoglu | The environmental impact evaluation and testing of sustainable inorganic binders: A green alternative to ordinary Portland cement | |
| JP4796419B2 (ja) | 耐中性化性および耐塩害性に優れた鉄筋を有する水和硬化体およびその製造方法 |