PL244494B1 - Cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania - Google Patents

Cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania Download PDF

Info

Publication number
PL244494B1
PL244494B1 PL422988A PL42298817A PL244494B1 PL 244494 B1 PL244494 B1 PL 244494B1 PL 422988 A PL422988 A PL 422988A PL 42298817 A PL42298817 A PL 42298817A PL 244494 B1 PL244494 B1 PL 244494B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
cement
waste
dust
setting time
anhydrite
Prior art date
Application number
PL422988A
Other languages
English (en)
Other versions
PL422988A1 (pl
Inventor
Łukasz Kotwica
Ewa Kapeluszna
Jan Deja
Waldemar Pichór
Agnieszka Różycka
Łukasz Gołek
Józef Mokrzycki
Anna Mokrzycka-Nowak
Original Assignee
Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Mo Bruk Spolka Akcyjna
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie, Mo Bruk Spolka Akcyjna filed Critical Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority to PL422988A priority Critical patent/PL244494B1/pl
Publication of PL422988A1 publication Critical patent/PL422988A1/pl
Publication of PL244494B1 publication Critical patent/PL244494B1/pl

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania stanowiącym substytut siarczanu wapnia standardowo wykorzystywanego w technologii produkcji cementu, zwłaszcza gipsu lub anhydrytu. Cement ten charakteryzuje się tym, że obok podstawowego składnika cementu w postaci klinkieru, zwłaszcza portlandzkiego, zawiera regulator czasu wiązania w postaci: kotłowych pyłów odpadowych ze spalania odpadów w spalarni, o kodzie 190115* zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów (Dz.U. 2014 póz. 1923), to jest pyłów z kotłów zawierających substancje niebezpieczne, mieszczących się w grupie 19 (Odpady z instalacji i urządzeń służących zagospodarowaniu odpadów, z oczyszczalni ścieków oraz z uzdatniania wody pitnej i wody do celów przemysłowych) i podgrupie 1901 (Odpady ze spalarni odpadów, w tym z instalacji do pirolizy odpadów), albo, mieszanki kotłowych pyłów odpadowych o kodzie 190115* z naturalnym siarczanem wapnia w postaci gipsu lub anhydrytu, w której to mieszance udział kotłowych pyłów odpadowych o kodzie 190115* wynosi co najmniej 1%, korzystnie od 10% do 30%, przy czym, zastosowane pyły odpadowe o kodzie 190115* zawierają co najmniej 20% SO3 oraz co najwyżej 2% korzystnie poniżej 1% chloru, a proporcje poszczególnych składników dobrane są w taki sposób, by zawartość siarczanu wapnia w przeliczeniu na zawartość tlenku siarki (SO3) w stosunku do masy cementu nie przekraczała 4%.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania stanowiącym substytut siarczanu wapnia standardowo wykorzystywanego w technologii produkcji cementu, zwłaszcza gipsu lub anhydrytu.
Cement stanowi hydrauliczne spoiwo mineralne, otrzymywane w cementowniach z surowców mineralnych (margiel lub wapień i glina). Stosowany jest do przygotowywania zapraw cementowych, cementowo-wapiennych i betonów wykorzystywanych do łączenia materiałów budowlanych. Ze względu na skład i właściwości rozróżnia się dwie podstawowe grupy: cementy powszechnego użytku (w tym cement portlandzki) oraz cementy specjalne. Cement powstaje poprzez wypalenie surowców mineralnych na klinkier w piecu cementowym, a następnie zmielenie otrzymanego spieku z odpowiednim regulatorem czasu wiązania. W znanych mieszankach cementowych jako regulator czasu wiązania stosuje się zwykle naturalny siarczan wapnia w postaci gipsu lub anhydrytu, a czasami również inne dodatki. Przykładowo znany jest cement portlandzki czysty (bez dodatków), który w 95-100% składa się z klinkieru portlandzkiego, który stosuje się do wykonywania betonów wykorzystywanych przy konstrukcjach zbrojonych stropów, nadproży czy słupów. Innym rodzajem cementu jest cement hutniczy, który jest materiałem otrzymywanym przez drobne zmielenie klinkieru portlandzkiego i granulowanego żużla wielkopiecowego (nie mniej niż 36%), z dodatkiem siarczanu wapniowego. Cement hutniczy stosuje się w szczególności do betonów narażonych na działanie siarczanów, gdyż wykazuje wysoką odporność na korozję siarczanową. Betony wykonane z cementu hutniczego w okresie twardnienia wymagają starannej pielęgnacji. Minimum przez 14 dni należy często i obficie polewać je wodą, aby nie dopuścić do wyschnięcia. Zbyt szybkie wysychanie może doprowadzić do znacznego obniżenia wytrzymałości betonu.
Istotnym składnikiem cementu, wpływającym na jego właściwości oraz możliwości późniejszego zastosowania są materiały regulujące czas wiązania cementu. Z dotychczasowego stanu techniki znane są różnego rodzaju materiały regulujące czas wiązania cementu, w tym materiały pochodzące z odpadów z procesów spalania, w tym z procesów spalania węgla lub odpadów komunalnych, a także dodatków z procesów hutniczych. Przykładowo z chińskiego opisu patentowego CN200310108436 znany jest sposób zastosowania popiołu lotnego ze spalania odpadów komunalnych jako składnika cementu. Zakłada on stosowanie skomplikowanej obróbki popiołu w celu eliminacji metali ciężkich i niepożądanych jonów, na przykład poprzez moczenie w roztworze alkalicznym. Tak oczyszczony popiół stosowany jest jako dodatek mineralny do cementu.
W publikacji J.E. Aubert, B. Husson, N. Sarramone “Utilization of municipal solid waste incineration (MSWI) fly ash in blended cement: Part 1: Processing and characterization of MSWI fly ash” Journal of Hazardous Materials 136 (2006) 624-631, autorzy opisują zastosowanie odpadów w postaci popiołów lotnych ze spalarni odpadów komunalnych jako składnika zapraw. Wskazują jednak również na konieczność wcześniejszej obróbki i oczyszczania odpadu, między innymi z siarczanów.
Rozwiązanie o podobnym charakterze, dotyczące jednak produkcji klinkieru portlandzkiego opisano w japońskim patencie JPH11100243A.
Również z publikacji R. Kikuchi “Recycling of municipal solid waste for cement production: pilotscale test for transforming incineration ash of solid waste into cement clinker” Resources, Conservation and Recycling 31 (2001) 137-147, znany jest sposób utylizacji popiołów ze spalarni odpadów i wykorzystanie ich jako surowców do produkcji klinkieru portlandzkiego.
Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.294707 znany jest cement tektoglinokrzemianowy zawierający krzemiany K, Ca i Al oraz krzemiany Li, Na i Mg, w którego produkcji wykorzystuje się lotne pyły z elektrowni węglowych charakteryzowane przez (CaO + MgO).
Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.307882 znany jest cement, który obok znanych składników takich jak klinkier portlandzki, żużel wielkopiecowy i gips zawiera aktywny dodatek hydrauliczny w postaci żużla konwertorowego w ilości 20-50% wagowych.
Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.333092 znany jest cement o podwyższonej wytrzymałości początkowej i zwiększonej odporności na korozję, który składa się z 50-95% wagowych klinkieru portlandzkiego, 1-50% wagowych popiołów siarczano-wapniowych z kotłów fluidalnych oraz ewentualnie regulatora czasu wiązania w ilości 0-5% wagowych i innych dodatków modyfikujących w ilości 0-20% wagowych.
Znane jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.332713 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
PL 244494 Β1 prac górniczych. Spoiwo składa się wagowo z 30 4- 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 4- 60 części cementu portlandzkiego, 5^-10 części mikrokrzemionki oraz przy komponowaniu betonów jest zarabiane wodą z aktywatorem chemicznym.
Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.341402 znana jest kompozycja, będąca rzadką zaprawą do wstrzykiwania, która zawiera: wodę, spoiwo hydrauliczne, takie jak cement i co najmniej 100 kg/m3 lotnych popiołów pochodzących ze spalania węgla w obiegowym złożu fluidalnym.
Obowiązujące normy dotyczące cementu nie definiują wprost wymagań stawianych siarczanom wapnia przeznaczonym do stosowania jako regulator czasu wiązania cementu. Dodatki te powinny gwarantować zawartość SO3 w cemencie na poziomie podanym w normie. Zgodnie z normą cementową PN-EN 197-1 siarczan (VI) wapnia może być wprowadzany jako gips CaSO4-2H2O, półhydrat CaSO4O,5H2O lub anhydryt CaSO4. Norma dopuszcza również stosowanie siarczanu (VI) wapnia dostępnego jako produkt odpadowy określonych procesów przemysłowych.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów (Dz.U. 2014 poz. 1923) zawiera wykaz odpadów, w którym wymieniony jest odpad o kodzie 190115* w postaci pyłów z kotłów zawierających substancje niebezpieczne, mieszczący się w grupie 19 (Odpady z instalacji i urządzeń służących zagospodarowaniu odpadów, z oczyszczalni ścieków oraz z uzdatniania wody pitnej i wody do celów przemysłowych) i podgrupie 1901 (Odpady ze spalarni odpadów, w tym z instalacji do pirolizy odpadów). Pyły z kotłów ze spalarni odpadów mogą, w zależności od technologii spalania i odsiarczania spalin zawierać znaczne ilości siarczanu (VI) wapnia w postaci anhydrytu II, jednocześnie odpady takie często zawierają mało rozpuszczalnych związków chloru, co powoduje, iż mogą być w określonych warunkach stosowane jako regulator czasu wiązania cementu.
Celem twórców niniejszego wynalazku było opracowanie mieszanki cementowej z wykorzystaniem pyłów z kotłów ze spalarni odpadów, które będą posiadać dobre właściwości regulatora wiązania cementu, a jednocześnie będą spełniać wymagania wynikające z obowiązujących norm, zwłaszcza dotyczące ochrony środowiska.
Istotę wynalazku stanowi cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania, który obok podstawowego składnika cementu w postaci klinkieru, zwłaszcza portlandzkiego, zawiera regulator czasu wiązania w postaci mieszanki pyłów odpadowych z kotłów zawierających substancje niebezpieczne z naturalnym siarczanem wapnia w postaci anhydrytu, przy czym wspomniane pyły odpadowe oznaczone są kodem 190115* zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów (Dz.U. 2014 poz. 1923), skład pyłów odpadowych jest następujący:
składnik zawartość [%|
Na2O 10,17
MgO 1,73
A12O3 5,39
SiO2 14,29
P2o5 2,12
so, 29.8
Cl 0,58
K2O 1,55
CaO 17,15
TiO2 6,37
Fe2O3 5,35
Br 0,01
F 0,14
Inne 5,36
PL 244494 Β1 a udział pyłów odpadowych w mieszance wynosi od 10% do 30%, natomiast procentowy udział poszczególnych składników w cemencie jest następujący: klinkier od 92,4% do 93,5%, anhydryt od 4,1% do 5,4%, pyły odpadowe od 1,2% do 3,5%, a proporcje poszczególnych składników dobrane są w taki sposób, by zawartość siarczanu wapnia w przeliczeniu na zawartość tlenku siarki (SO3) w stosunku do masy cementu nie przekraczała 4%.
Kotłowe pyły odpadowe o kodzie 190115* to pyły z kotłów zawierających substancje niebezpieczne, mieszczące się w grupie 19 (Odpady z instalacji i urządzeń służących zagospodarowaniu odpadów, z oczyszczalni ścieków oraz z uzdatniania wody pitnej i wody do celów przemysłowych) i podgrupie 1901 (Odpady ze spalarni odpadów, w tym z instalacji do pirolizy odpadów).
Korzystnie, pyły odpadowe z kotłów zawierających substancje niebezpieczne stanowiące składnik regulatora czasu wiązania cementu mają powierzchnię właściwą od 2000 cm2/g do 10000 cm2/g.
Korzystnie, cement zawiera dodatek mineralny w postaci popiołów lotnych lub żużla wielkopiecowego granulowanego lub kamienia wapiennego, w ilości od 1% do 95% masy cementu.
W procesie produkcji cementu według wynalazku mieszankę pyłów odpadowych z anhydrytem wprowadza się do instalacji mielącej i mieli razem z klinkierem i ewentualnymi dodatkami mineralnymi, bądź mieli się osobno (do powierzchni właściwej około 2000 cm2/g - 10000 cm2/g) i dodaje do pozostałych składników cementu w mieszalniku.
Rozwiązanie według wynalazku zostanie bliżej objaśnione na poniższych przykładach realizacji.
Przykład 1
Cement o składzie określonym w tabeli 3, który obok podstawowego składnika cementu w postaci klinkieru (o składzie pokazanym w tabeli 1) zawiera regulator czasu wiązania w postaci mieszanki kotłowych pyłów odpadowych o kodzie 190115* (o składzie pokazanym w tabeli 2) z naturalnym siarczanem wapnia w postaci anhydrytu, przy czym w mieszance tej proporcja siarczanu wapnia w postaci anhydrytu w stosunku do siarczanu wapnia pochodzącego z kotłowych pyłów odpadowych wynosi 90% : 10%.
Tabela 1. Skład klinkieru
składnik zawartość [%]
Na2O 0,58
MgO 0,86
Al, O, 4,66
SiO, 23,69
P;O5 0,16
SO3 0,15
Cl 0.01
K2O 0,17
CaO 66,72
TiO2 0,34
MnO 0,03
Fc2O3 2,27
Tabela 2. Skład chemiczny pyłów 190115* użytych w cemencie z przykładu 1.
składnik zawartość [%|
Na2O 10,17
MgO 1,73
A12O3 5,39
SiO, 14,29
P2O5 2,12
SO3 29,8
Cl 0,58
K,0 1,55
CaO 17,15
TiO2 6,37
Fe2O3 5,35
Br 0,01
F 0,14
Inne 5,36
PL 244494 Β1
W celu oceny właściwości cementu według wynalazku, przygotowano typowy cement na bazie klinkieru i anhydrytu, zawierający 3,5% SO3 i stanowiący materiał odniesienia w badaniach. Następnie przygotowano cement według wynalazku, w którym 10% anhydrytu zastąpiono pyłem odpadowym 190115* (o 29,8% zawartości SO3 w pyle), w takiej ilości pyłu, aby cement zawierał 3,5% SO3. Składy cementów przedstawiono w tabeli 3.
Tabela 3. Skład cementów.
Nazwa Zawartość składnika [kg] Zawartość [%]
Klinkier Anhydryt Odpad 190115* SO3
CEM I odniesienia 8,460 0,540 - 3,5
CEM 1 z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 8,460 0,486 0,106 3,5
Każdy z cementów zmielono do powierzchni właściwej około 3800 cm2/g. W obu przypadkach mielenie trwało 105 minut. Wykonano badanie wodożądności. Wyniki przedstawiono w tabeli 4.
Tabela 4. Wyniki badania wodożądności wg PN-EN 196-3.
rodzaj cementu masa cementu [gj masa wody [gj wodożądność [%]
CEM I odniesienia 500 130 26,0
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 500 131 26,2
Wyniki wskazują, że zmiana wodożądności mieści się w granicy błędu metody. W tabeli 5 pokazano wyniki badania czasu wiązania badanych cementów.
Tabela 5. Wyniki badania czasu wiązania wg PN-EN 196-3.
rodzaj cementu początek czasu wiązania [min] koniec czasu wiązania [min] różnica [min]
CEM I odniesienia 130 180 50
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 165 210 45
Uzyskane wyniki wskazują na większą efektywność mieszanki anhydrytu z pyłem odpadowym 190115* jako regulatora czasu wiązania. Oznacza to, iż wprowadzenie pyłu odpadowego umożliwia dodatkowe ograniczenie ilości naturalnego anhydrytu.
W tabeli 6 przedstawiono wyniki badania konsystencji normowej zaprawy z badanymi cementami wg PN EN 1015-3:2005.
Tabela 6. Wyniki badania konsystencji wg PN EN 1015-3:2005.
rodzaj cementu Rozpływ zaprawy normowej [mm]
CEM I odniesienia 185
CEM 1 z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 190
PL 244494 Β1
Zastąpienie 10% anhydrytu naturalnego pyłem odpadowym 190115* nie wpłynęło znacząco na konsystencję zaprawy normowej.
W tabeli 7 przedstawiono wyniki badania wytrzymałości na ściskanie cementu odniesienia (anhydryt jako regulator czasu wiązania) oraz cementu w którym 10% anhydrytu zastąpiono pyłem odpadowym 190115*.
Tabela 7. Wyniki badania wytrzymałości na ściskanie wg PN-EN 196-1.
wytrzymałość na ściskanie [MPa]
1 dzień 2 dni 7 dni 28 dni
CEM I odniesienia 19,6 34,2 53,2 64,6
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 17,5 34,7 50,3 62,4
Zastosowanie pyłu odpadowego powoduje niewielkie (do około 6%) spadki wytrzymałości na ściskanie, co należy traktować wprawdzie jako skutek uboczny wprowadzenia odpadu, jednak niewielki w porównaniu do jego innych zalet.
Wykonano również badania wymywalności jonów, których wyniki przedstawiono w tabelach 8 i 9. Stwierdzono, że zastąpienie 10% anhydrytu pyłem odpadowym 190115* skutkowało podniesieniem wymywalności baru, jednak jest ono nieznaczne i mieści się w zakresie wymagań dla materiałów obojętnych w świetle przyjętych norm.
Tabela 8. Stężenia jonów ołowiu i baru w eluatach.
zaprawa Ba Pb
mg/dn?
CEM I odniesienia 0,502 <0.002
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 1,013 <0.002
materiał obojętny 2 0,05
Tabela 9. Stężenia jonów chromu i molibdenu w eluatach.
zaprawa Cr Mo
mg/dn?
CEM I odniesienia 0,047 0,046
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 0,024 0,008
Uzyskane wyniki (tabela 9) pokazują, że użycie pyłu odpadowego 190115* jako substytutu 10% anhydrytu naturalnego pozwala na obniżenie wymywalności chromu (o około 50%) oraz molibdenu (o około 80%) ze stwardniałych zapraw cementowych. Pozwala to na ograniczenie stosowania środków redukujących chrom sześciowartościowy niekorzystnie wpływający na środowisko, a co za tym idzie obniżenie kosztu wytwarzania cementu.
Przykład 2
Cement o składzie określonym w tabeli 10, który obok podstawowego składnika cementu w postaci klinkieru (o składzie pokazanym w tabeli 1) zawiera regulator czasu wiązania w postaci mieszanki kotłowych pyłów odpadowych o kodzie 190115* (o składzie pokazanym w tabeli 2) z naturalnym siarczanem wapnia w postaci anhydrytu, przy czym w mieszance tej proporcja siarczanu wapnia w postaci anhydrytu w stosunku do siarczanu wapnia pochodzącego z kotłowych pyłów odpadowych o kodzie 190115* wynosi 80% : 20%.
PL 244494 Β1
W celu oceny właściwości cementu według wynalazku, przygotowano typowy cement na bazie klinkieru i anhydrytu, zawierający 3,5% SO3 i stanowiący materiał odniesienia w badaniach. Następnie przygotowano cement według wynalazku, w którym 20% anhydrytu zastąpiono pyłem odpadowym 190115* (o 29,8% zawartości SO3 w pyle), w takiej ilości pyłu, aby cement zawierał 3,5% SO3. Składy cementów przedstawiono w tabeli 10.
Tabela 10. Skład cementów.
Nazwa Zawartość składnika [kg] Zawartość [%J
Klinkier Anhydryt Odpad 190115* SO3
CEM I odniesienia 8,460 0,540 - 3,5
CEM 1 z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 8,460 0,431 0,212 3,5
Każdy z cementów zmielono do powierzchni właściwej około 3800 cm2/g. W obu przypadkach mielenie trwało 105 minut. Wykonano badanie wodożądności. Wyniki przedstawiono w tabeli 11.
Tabela 11. Wyniki badania wodożądności wg PN-EN 196-3.
rodzaj cementu masa cementu LgJ masa wody LgJ wodożądność L%1
CEM I odniesienia 500 130 26,0
CEM 1 z dodatkiem pyłów odpadowych 190115 * 500 131 26,2
Wyniki wskazują, że zmiana wodożądności mieści się w granicy błędu metody. W tabeli 12 pokazano wyniki badania czasu wiązania badanych cementów.
Tabela 12. Wyniki badania czasu wiazania wg PN-EN 196-3.
rodzaj cementu początek czasu wiązania [min] koniec czasu wiązania [min] różnica [min]
CEM 1 odniesienia 130 180 50
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 170 210 40
Uzyskane wyniki wskazują na większą efektywność mieszanki anhydrytu z pyłem odpadowym 190115* jako regulatora czasu wiązania. Oznacza to, iż wprowadzenie pyłu odpadowego umożliwia dodatkowe ograniczenie ilości naturalnego anhydrytu.
W tabeli 13 przedstawiono wyniki badania konsystencji normowej zaprawy z badanymi cementami wg PN EN 1015-3:2005.
Tabela 13. Wyniki badania konsystencji wg PN EN 1015-3:2005
rodzaj cementu Rozpływ zaprawy normowej [mm]
CEM I odniesienia 185
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 190
PL 244494 Β1
Zastąpienie 20% anhydratu naturalnego pyłem odpadowym 190115* nie wpłynęło znacząco na konsystencję zaprawy normowej.
W tabeli 14 przedstawiono wyniki badania wytrzymałości na ściskanie cementu odniesienia (anhydryt jako regulator czasu wiązania) oraz cementu w którym 20% anhydrytu zastąpiono pyłem odpadowym 190115*.
Tabela 14. Wyniki badania wytrzymałości na ściskanie wg PN-EN 196-1.
wytrzymałość na ściskanie [MPa]
1 dzień 2 dni 7 dni 28 dni
CEM I odniesienia 19,6 34,2 53,2 64,6
CEMI z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 18,9 34,1 48,4 61,1
Zastosowanie pyłu odpadowego powoduje niewielkie (do około 9%) spadki wytrzymałości na ściskanie, co należy traktować wprawdzie jako skutek uboczny wprowadzenia odpadu, jednak niewielki w porównaniu do jego innych zalet.
Wykonano również badania wymywalności jonów, których wyniki przedstawiono w tabelach 15 i 16. Stwierdzono, że zastąpienie 20% anhydrytu pyłem odpadowym 190115* skutkowało podniesieniem wymywalności baru oraz ołowiu, jednak jest ono nieznaczne i mieści się w zakresie wymagań dla materiałów obojętnych w świetle przyjętych norm.
Tabela 15. Stężenia jonów ołowiu i baru weluatach.
zaprawa Ba Pb
mg/dm
CEM I odniesienia 0,502 <0,002
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 1,140 0,015
materiał obojętny 2 0,05
Tabela 16. Stężenia jonów chromu i molibdenu weluatach.
zaprawa Cr Mo
mg/dmj
CEM I odniesienia 0,047 0,046
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 0,025 0,010
Uzyskane wyniki (tabela 16) pokazują, że użycie pyłu odpadowego 190115* jako substytutu 20% anhydrytu naturalnego pozwala na obniżenia wymywalności chromu (o około 46%) oraz molibdenu (o około 78%) ze stwardniałych zapraw cementowych. Pozwala to na ograniczenie stosowania środków redukujących chrom sześciowartościowy niekorzystnie wpływający na środowisko, a co za tym idzie obniżenie kosztu wytwarzania cementu.
Przykład 3
Cement o składzie określonym w tabeli 17, który obok podstawowego składnika cementu w postaci klinkieru (o składzie pokazanym w tabeli 1) zawiera regulator czasu wiązania w postaci mieszanki kotłowych pyłów odpadowych o kodzie 190115* (o składzie pokazanym w tabeli 2) z naturalnym siarczanem wapnia w postaci anhydrytu, przy czym w mieszance tej proporcja siarczanu wapnia w postaci anhydrytu w stosunku do siarczanu wapnia pochodzącego z kotłowych pyłów odpadowych o kodzie 190115* wynosi 70% : 30%.
PL 244494 Β1
W celu oceny właściwości cementu według wynalazku, przygotowano typowy cement na bazie klinkieru i anhydrytu, zawierający 3,5% SO3 i stanowiący materiał odniesienia w badaniach. Następnie przygotowano cement według wynalazku, w którym 30% anhydrytu zastąpiono pyłem odpadowym 190115* (o 29,8% zawartości SO3 w pyle), w takiej ilości pyłu, aby cement zawierał 3,5% SO3. Składy cementów przedstawiono w tabeli 17.
Tabela 17. Skład cementów.
Nazwa Zawartość składnika [kg] Zawartość m
Klinkier Anhydryt Odpad 1901 15* SO3
CEM 1 odniesienia 8,460 0,540 - 3,5
CEM 1 z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 8,460 0,378 0,318 3,5
Każdy z cementów zmielono do powierzchni właściwej około 3800 cm2/g. W obu przypadkach mielenie trwało 105 minut. Wykonano badanie wodożądności. Wyniki przedstawiono w tabeli 18. Tabela 18. Wyniki badania wodożądności wg PN-EN 196-3.
rodzaj cementu masa cementu LgJ masa wody Lg] wodożądność L%1
CEM I odniesienia 500 130 26,0
CEM T z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 500 133 26,6
Wyniki wskazują, że zmiana wodożądności jest nieznaczna.
W tabeli 19 pokazano wyniki badania czasu wiązania badanych cementów.
Tabela 19. Wyniki badania czasu wiązania wg PN-EN 196-3.
rodzaj cementu początek czasu wiązania [min] koniec czasu wiązania [min] różnica [min]
CEM I odniesienia 130 180 50
CEM 1 z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 180 220 40
Uzyskane wyniki wskazują na większą efektywność mieszanki anhydrytu z pyłem odpadowym 190115* jako regulatora czasu wiązania. Oznacza to, iż wprowadzenie pyłu odpadowego umożliwia dodatkowe ograniczenie ilości naturalnego anhydrytu.
W tabeli 20 przedstawiono wyniki badania konsystencji normowej zaprawy z badanymi cementami wg PN EN 1015-3:2005.
Tabela 20. Wyniki badania konsystencji wg PN EN 1015-3:200 05.
rodzaj cementu Rozpływ zaprawy normowej [mm]
CEM I odniesienia 185
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 184
PL 244494 Β1
Zastąpienie 30% anhydratu pyłem odpadowym 190115* nie wpłynęło znacząco na konsystencję zaprawy normowej.
W tabeli 21 przedstawiono wyniki badania wytrzymałości na ściskanie cementu odniesienia (anhydryt jako regulator czasu wiązania) oraz cementu w którym 30% anhydrytu zastąpiono pyłem odpadowym 190115*.
Tabela 21. Wyniki badania wytrzymałości na ściskanie wg PN-EN 196-1.
wytrzymałość na ściskanie [MPa]
1 dzień 2 dni 7 dni 28 dni
CEM I odniesienia 19,6 34,2 53,2 64,6
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 18,9 33,2 47,6 57,1
Zastosowanie pyłu odpadowego powoduje (do około 12%) spadki wytrzymałości na ściskanie, co należy traktować wprawdzie jako skutek uboczny wprowadzenia odpadu, jednak niewielki w porównaniu do innych jego zalet.
Wykonano również badania wymywalności jonów, których wyniki przedstawiono w tabelach 22 i 23. Stwierdzono, że zastąpienie 30% anhydrytu pyłem odpadowym 190115* skutkowało podniesieniem wymywalności baru oraz ołowiu, jednak jest ono nieznaczne i mieści się w zakresie wymagań dla materiałów obojętnych w świetle przyjętych norm.
Tabela 22. Stężenia jonów ołowiu i baru w eluatach
zaprawa Ba Pb
mg/dm
CEM 1 odniesienia 0,502 <0,002
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 1,485 0,028
Limit - materiał obojętny 2 0.05
Tabela 23. Stężenia jonów chromu i molibdenu w eluatach.
zaprawa Cr Mo
mg/dm3
CEM I odniesienia 0,047 0,046
CEM I z dodatkiem pyłów odpadowych 190115* 0,020 <0,001
Uzyskane wyniki (tabela 23) pokazują, że użycie pyłu odpadowego 190115* jako substytutu 30% anhydrytu naturalnego pozwala na obniżenia wymywalności chromu (o około 57%) oraz praktyczną eliminację wymywania molibdenu (stężenie w eluacie poniżej 1 ppb) ze stwardniałych zapraw cementowych. Pozwala to na ograniczenie stosowania środków redukujących chrom sześciowartościowy niekorzystnie wpływający na środowisko, a co za tym idzie obniżenie kosztu wytwarzania cementu.
Rozwiązanie według wynalazku pozwala osiągnąć kilka korzyści, również ekologicznych. Pierwszą jest redukcja zapotrzebowania na naturalny anhydryt/gips stosowany dotychczas jako regulator czasu wiązania cementu. Pozwala to oszczędzać zasoby naturalne i wpisuje się w politykę zrównoważonego rozwoju. Kolejną korzyścią jest możliwość zagospodarowania uciążliwych odpadów jakimi są pyły ze spalarni odpadów i ograniczenia składowania tych odpadów. Biorąc pod uwagę fakt, iż przemysł cementowy to przemysł wybitnie materiałochłonny, ilości odpadów, które mogą być w ten sposób odzyskane są bardzo duże. Co ważne, proponowane rozwiązanie pozwala na zastosowanie odpadu jako
PL 244494 Β1 surowca i dodatkowo umożliwia jego immobilizację w stabilnych matrycach opartych na cementach portlandzkich. Na uwagę zasługuje również korzystny wpływ pyłów na wymywalność chromu. Zastosowanie pyłów jako substytutu, korzystnie od 10 do 30%, ale nawet do 100% anhydrytu pozwala na ograniczenie wymywalności tego groźnego pierwiastka nawet o kilkadziesiąt procent. Podobną korzyść odnieść można jeśli chodzi o wymywalność molibdenu. W tym wypadku efekt jest jeszcze lepszy, o czym przekonują wyniki badań pokazane w powyższych przykładach wynalazku.
Siarczanowy regulator czasu wiązania cementu stanowiący o istocie niniejszego wynalazku znajdzie zastosowania rynkowe między innymi w technologii produkcji cementu portlandzkiego lub spoiw specjalnych.

Claims (3)

1. Cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania, znamienny tym, że obok podstawowego składnika cementu w postaci klinkieru, zwłaszcza portlandzkiego, zawiera regulator czasu wiązania w postaci mieszanki pyłów odpadowych z kotłów zawierających substancje niebezpieczne z naturalnym siarczanem wapnia w postaci anhydrytu, przy czym skład pyłów odpadowych jest następujący:
składnik zawartość [%]
Na2O 10,17
MgO 1,73 ai2o3 5,39
SiO, 14,29
P2O5 2,12
SO3 29,8
Cl 0,58
K2O 1,55
CaO 17,15
TiO2 6,37
Fe20.3 5,35
Br 0,01
F 0,14
Inne 5,36 a udział pyłów odpadowych w mieszance wynosi od 10% do 30%, natomiast procentowy udział poszczególnych składników w cemencie jest następujący: klinkier od 92,4% do 93,5%, anhydryt od 4,1% do 5,4%, pyły odpadowe od 1,2% do 3,5%, a proporcje poszczególnych składników dobrane są w taki sposób, by zawartość siarczanu wapnia w przeliczeniu na zawartość tlenku siarki (SO3) w stosunku do masy cementu nie przekraczała 4%.
2. Cement według zastrz. 1, znamienny tym, że pyły odpadowe z kotłów zawierających substancje niebezpieczne stanowiące składnik regulatora czasu wiązania cementu mają powierzchnię właściwą od 2000 cm2/g do 10000 cm2/g.
3. Cement według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera dodatek mineralny w postaci popiołów lotnych lub żużla wielkopiecowego granulowanego lub kamienia wapiennego, w ilości od 1% do 95% masy cementu.
PL422988A 2017-09-27 2017-09-27 Cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania PL244494B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL422988A PL244494B1 (pl) 2017-09-27 2017-09-27 Cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL422988A PL244494B1 (pl) 2017-09-27 2017-09-27 Cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL422988A1 PL422988A1 (pl) 2019-04-08
PL244494B1 true PL244494B1 (pl) 2024-02-05

Family

ID=65992036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL422988A PL244494B1 (pl) 2017-09-27 2017-09-27 Cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL244494B1 (pl)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10204432A (ja) * 1997-01-23 1998-08-04 Chichibu Onoda Cement Corp 地盤改良材
JP2000016847A (ja) * 1998-06-30 2000-01-18 Toho Corporation:Kk 廃棄物を用いたセメント成形品製造用硬化剤組成物及びこの組成物を用いるセメント成形品の製造方法
JP2000247720A (ja) * 1999-03-01 2000-09-12 Kenzai Gijutsu Kenkyusho:Kk セメント系水硬性組成物及びこれを用いた硬化物
JP2003246657A (ja) * 2002-02-26 2003-09-02 Denki Kagaku Kogyo Kk 下水道汚泥の焼却灰を含むセメント用の硬化促進剤及びセメント組成物
PL216497B1 (pl) * 2010-09-07 2014-04-30 Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica W Krakowie Zastosowanie zneutralizowanych, potrawiennych materiałów odpadowych w postaci szlamów uzyskanych w wyniku trawienia powierzchni metalicznych

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10204432A (ja) * 1997-01-23 1998-08-04 Chichibu Onoda Cement Corp 地盤改良材
JP2000016847A (ja) * 1998-06-30 2000-01-18 Toho Corporation:Kk 廃棄物を用いたセメント成形品製造用硬化剤組成物及びこの組成物を用いるセメント成形品の製造方法
JP2000247720A (ja) * 1999-03-01 2000-09-12 Kenzai Gijutsu Kenkyusho:Kk セメント系水硬性組成物及びこれを用いた硬化物
JP2003246657A (ja) * 2002-02-26 2003-09-02 Denki Kagaku Kogyo Kk 下水道汚泥の焼却灰を含むセメント用の硬化促進剤及びセメント組成物
PL216497B1 (pl) * 2010-09-07 2014-04-30 Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica W Krakowie Zastosowanie zneutralizowanych, potrawiennych materiałów odpadowych w postaci szlamów uzyskanych w wyniku trawienia powierzchni metalicznych

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ŁAGOSZ A.: "2016", WŁAŚCIWOŚCI CEMENTÓW Z DODATKIEM ODPADU Z ODSIARCZANIA SPALIN METODĄ PÓŁSUCHĄ JAKO REGULATORA WIĄZANIA *

Also Published As

Publication number Publication date
PL422988A1 (pl) 2019-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6137850B2 (ja) 水硬性組成物
KR101709240B1 (ko) 바텀애시 및 포졸란 반응의 혼화재를 이용한 내 황산염 저항성을 가진 친환경 시멘트 단면복구 모르타르 조성물
CA2230984C (en) Cement compositions for controlling alkali-silica reactions in concrete and processes for making same
KR20140043493A (ko) 중성화 억제형 조강 시멘트 조성물
Saikhede et al. An Experimental Investigation of Partial Replacement of Cement by Various Percentage of Phosphogypsum and Flyash in Cement Concrete
KR20180014373A (ko) 산업부산자원을 활용한 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물, 이를 포함하는 시멘트 조성물 및 이의 제조방법
MXPA06011528A (es) Aglutinante hidraulico.
JP2025023352A (ja) 混合セメント組成物
KR101834539B1 (ko) 탄소광물화 처리된 비산재 및 조강형 팽창재를 포함하는 저수축 저탄소 그린 시멘트 조성물 및 이를 적용한 콘크리트
KR100310657B1 (ko) 고강도의 속경성 시멘트 조성물
JPS581068B2 (ja) コンクリ−ト混合物またはモルタル混合物
KR102039551B1 (ko) 미세먼지를 저감할 수 있는 친환경 레미콘의 제조방법
KR100942028B1 (ko) 무시멘트 알칼리 활성결합재, 상기 결합재를 포함하는 무시멘트 알칼리 활성 모르터, 콘크리트 및 콘크리트 제품
WO2013066192A1 (en) Hardening-accelerator and a method for accelerating the hardening of hydraulic binders and mixtures thereof
JPH09309750A (ja) 生活・産業廃棄物を利用するセメントの製造方法
KR101845274B1 (ko) 고활성 시멘트 클링커, 고활성 시멘트 및 조강 시멘트 조성물
KR101345203B1 (ko) 탄닌을 이용한 저알칼리 비시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 포함하는 블록
CZ424498A3 (cs) Způsob výroby sulfátového cementu nebo přídavných látek do sulfátového cementu
KR100492621B1 (ko) 생활폐기물 소각재와 하수 슬러지를 이용한 칼슘클로로알루미네이트 클링커 제조방법
PL244494B1 (pl) Cement z siarczanowym regulatorem czasu wiązania
JP4908072B2 (ja) セメント添加材及びセメント組成物
KR100628848B1 (ko) 무기결합재 조성물 및 이를 이용한 경화체 제조방법
KR102075396B1 (ko) 연약지반 처리용 지반 고화재의 제조방법
WO2021137787A2 (en) A binding construction material composition and production method thereof
JP3710851B2 (ja) 水硬性物質及びその製造方法