55
UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO Tjaša Gmajner FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA PEPELA Diplomsko delo Maribor, september 2013

FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO

Tjaša Gmajner

FIZIKALNO MEHANSKE

LASTNOSTI

ELEKTROFILTRSKEGA PEPELA

Diplomsko delo

Maribor, september 2013

Page 2: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija www.fg.um.si

Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa

FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA

PEPELA

Študent: Tjaša GMAJNER

Študijski program: Visokošolski strokovni, Gradbeništvo

Smer: Operativno-konstrukcijska

Mentor: viš. pred. dr. Samo Lubej, univ. dipl. inž. grad.

Somentor: doc. dr. Ivanič Andrej, univ.dipl. inž. grad.

Somentor: asist. Jelušič Primož, univ. dipl. gos. inž. grad.

Maribor, september 2013

Page 3: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

II

Page 4: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

III

ZAHVALA

Posebej bi se zahvalila mojemu mentorju

dr. Samu Lubeju za dodelitev diplomske

teme in kasnejši pomoči pri pisanju

diplomske naloge. Zahvalila bi se tudi

somentorju dr. Andreju Ivaniču za pomoč pri

teoretičnem delu. Za pomoč v laboratoriju

gre zahvalila somentorju g. Primožu

Jelušiču.

Posebna zahvala gre mojim staršem, ki so mi

omogočili študij in me ves čas podpirali.

Hvala tudi mojemu bratu, ki me je navdušil

za študij gradbeništva.

Page 5: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

IV

FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA

Ključne besede: elektrofiltrski pepel, cement, mehanske lastnosti, fizikalne lastnosti

UDK: 662.613.11:691.33(043.2)

Povzetek

V prvem delu diplomske naloge je na kratko prikazana problematika elektrofiltrskega

pepela (EFP) z ekološkega vidika ter možnosti njegove nadaljnje uporabe v gradbeništvu.

V drugem delu smo določili fizikalne lastnosti dveh tipov EFP. Prvi EFP ostane pri

izgorevanju rjavega premoga, in drugi,drugi pa pri izgorevanju lignita. Na obeh tipih EFP

smo izdelali standardne laboratorijske preiskave kot so določitev gostote, finosti,

prostorninske obstojnosti. Določili smo tudi začetek in konec vezanja obeh EFP, kar smo

storili tudi na vzorcih, kjer je EFP delno nadomestil cement. Na standardnih vzorcih, kjer

je EFP delni nadomestek cementa, smo določili tlačne in upogibne trdnosti.

Potrdili smo tezo, da vrsta EFP vpliva na začetek in konec vezanja. Pri delnem

nadomestku EFP s cementom pa je čas vezanja odvisen predvsem od lastnosti cementa.

Prav tako je prikazan časovni razvoj tlačne in upogibne trdnosti na vzorcih izvedenih po

standardu, kjer smo cement delno nadomestili z EFP.

Page 6: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

V

PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF FLY ASH

Key words: fly ash, cement, mechanical properties, physical properties

UDK: 662.613.11:691.33(043.2)

Abstract

In the first part of the diploma thesis we have summarized the problem of the fly ash from

the ecological point of view and the possibility of its further use in construction. In the

second part we have determined physical properties of two types of the fly ash. The first

type of the fly ash is a result of the combustion of the brown coal; the second type is a

result of the combustion of lignite. We have conducted laboratory tests on both types of the

fly ash, such as the determination of density, fineness and soundness test. We have set the

initial and the final setting time of both types of fly ash as well, what has been also done on

samples where the fly ash has partially replaced cement. In the standard samples where

the fly ash has been a partial replacement of the cement we have determined the

compressive and flexural strength.

We have confirmed the hypothesis that the type of the fly ash has an impact on the initial

and the final setting time. The setting time in the process of the partial substitution of the

fly ash with the cement has mainly depended on the properties of the cement. We have also

presented the time evolution of the compressive and flexural strength of the samples

carried out by the standard where the cement has been partially replaced by the fly ash.

Page 7: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

VI

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ................................................................................................................... 1

1.1 OPREDELITEV PODROČJA IN OPIS PROBLEMA, KI JE PREDMET RAZISKAV ....................................... 1

1.2 NAMEN, CILJI IN OSNOVNE TRDITVE .................................................................................... 1

1.3 PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE ............................................................................................. 2

1.4 PREDVIDENE METODE RAZISKOVANJA .................................................................................. 3

2 TEORETIČNI DEL .................................................................................................... 4

2.1 ELEKTROFILTRSKI PEPEL .................................................................................................... 4

2.2 KEMIJSKA SESTAVA EFP ................................................................................................... 5

2.3 EKOLOŠKI VIDIK .............................................................................................................. 6

2.4 UPORABA ...................................................................................................................... 9

2.5 UPORABA EFP V BETONIH .............................................................................................. 12

2.6 VPLIV EFP NA LASTNOSTI BETONA .................................................................................... 13

2.7 VODA ......................................................................................................................... 14

2.8 CEMENT ...................................................................................................................... 14

2.9 PRIDOBIVANJE IN PRIPRAVA CEMENTA ............................................................................... 15

2.10 VRSTE CEMENTA ....................................................................................................... 17

2.11 GLAVNE SESTAVINE CEMENTA ...................................................................................... 17

3 PRAKTIČNI DEL .................................................................................................... 19

3.1 OPIS OPRAVLJENIH PREISKAV ........................................................................................... 19

3.1.1 Določitev finosti mletja .................................................................................... 19

3.1.2 Določitev prostorninske mase ......................................................................... 20

3.1.3 Določitev standardne konsistence ................................................................... 20

3.1.4 Določitev začetka in konca vezanja ................................................................. 20

3.1.5 Določitev prostorninske obstojnosti ................................................................ 21

3.1.6 Določitev trdnosti ............................................................................................ 21

3.2 LASTNOSTI KOMPONENT VZORCEV .................................................................................... 21

3.2.1 EFP tip A in EFP tip B ........................................................................................ 21

Page 8: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

VII

3.2.2 Cement CEM II/B-M (W-L) 42,5 N .................................................................... 23

3.1 IZDELAVA VZORCEV........................................................................................................ 25

3.2 REZULTATI OPRAVLJENIH PREISKAV ................................................................................... 25

3.2.1 Določitev finosti mletja vzorcev ....................................................................... 25

3.2.2 Določitev prostorninske mase vzorcev ............................................................ 29

3.2.3 Določitev standardne konsistence ................................................................... 30

3.2.4 Določitev začetka in konca vezanja ................................................................. 32

3.2.5 Prostorninska obstojnost vzorcev .................................................................... 33

3.2.6 Določitev trdnosti vzorcev ............................................................................... 34

4 ANALIZA REZULTATOV ........................................................................................ 36

5 SKLEP .................................................................................................................. 38

6 PODATKI O ŠTUDENTU ........................................................................................ 39

6.1 NASLOV ŠTUDENTA ....................................................................................................... 39

6.2 KRATEK ŽIVLJENJEPIS ...................................................................................................... 39

7 LITERATURA IN VIRI ............................................................................................ 40

Page 9: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

VIII

SEZNAM SLIK

Slika 2:1: EFP tip B pri povečavi 1600. ................................................................................ 4

Slika 2:2: Odpadki od zgorevanja premoga v proizvodnji energije po vrsti odpadka v

obdobju 2002-2008 ........................................................................................................ 7

Slika 2:3: Odlagališče letečega pepela (A debate over disposal, 2010). ............................... 8

Slika 2:4: Ravnanje z odpadki od zgorevanja premoga v obdobju 2002-2008 ................... 10

Slika 2:5: Doziranje elektrofiltrskega pepela v mešalec za kasnejši hidravlični nasip ....... 11

Slika 2:6: Pregrada, ki zadrži elektrofiltrski pepel v jamskem objektu ............................... 11

Slika 2:7: Mnenja 27 članov ASTM Committee C1 »Cement« in ASTM Committee C9

»Concrete and Concrete Aggregate« o vplivu variabilnosti komponent betona na

njegovo obnašanje ....................................................................................................... 12

Slika 3:1 EFP tip B (levo) in tip A (desno). ....................................................................... 22

Slika 3:2: Cement CEM II/B-M (W-L) 42,5 N. .................................................................. 24

Slika 3:3: Blain-ov aparat. ................................................................................................... 27

Slika 3:4: Vicatov aparat za določitev standardne konsistence. .......................................... 31

Slika 3:5: Vicatov aparat za določitev začetka in konca vezanja vzorcev. ......................... 32

Slika 3:6: Le Chatelierjevmi prstani. ................................................................................... 33

Slika 3:7: Vzorec tip A ni prostorninsko obstojen. ............................................................. 33

Page 10: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

IX

SEZNAM PREGLEDNIC

Preglednica 2.1: Tabela splošnih povprečnih vrednosti kemijske sestave EFP (Lubej, 2011)

....................................................................................................................................... 5

Preglednica 3.1: Oznaka vzorca in vrsta preiskave. ............................................................ 19

Preglednica 3.2: Primerjava rjavega premoga in lignita (Energija in okolje-predavanje 3) 22

Preglednica 3.3: Rezultati laboratorijskih analiz obeh tipov EFP (Jelušič et al., 2013). ..... 23

Preglednica 3.4: Fizikalne, mehanske in kemijske lastnosti CEM II/B-M (W-L) 42,5 N .. 24

Preglednica 3.5: Deleži veziva v posameznem vzorcu........................................................ 25

Preglednica 3.6: Receptura vzorcev tip 1, tip 2 in referenčnega vzorca. ............................ 25

Preglednica 3.7: Določitev ostanka na situ EFP Tip A, EFP tip B in cementa CEMII. ...... 26

Preglednica 3.8 Mase vzorcev in čas padanja petroleja od oznake M2 do oznake M3. ...... 29

Preglednica 3.9: Receptura vzorcev za tip 1, tip 2 in referenčnega vzorca R. .................... 34

Page 11: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

X

SEZNAM GRAFOV

Graf 3-1: Ostanek na situ 0,09 mm EFP tip A, EFP tip B in cementa CEM II/B-M (W-L)

42,5 N. ......................................................................................................................... 26

Graf 3-2: Specifične površine tip A, tip B in CEM II. ........................................................ 29

Graf 3-3: Rezultati prostorninske mase EFP tip A, EFP tip B in cementa CEM II. ........... 30

Graf 3-4:Vodo-vezivno razmerje vzorcev pri standardni konsistenc. ................................. 31

Graf 3-5: Začetek in konec vezanja vzorcev pri standardni konsistenci. ............................ 32

Graf 3-6: Upogibna trdnost vzorcev tip 1, tip 2 in referenčnega vzorca R. ........................ 34

Graf 3-7: Tlačna trdnost vzorcev tip 1, tip 2 in referenčnega vzorca R. ............................. 35

Page 12: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

XI

SIMBOLI

% - odstotek

˚C - stopinj Celzija

v/c - razmerje voda/cement

γc - gostota cementa

ρ - gostota materiala

m - masa vzorca

t - čas padanja petroleja od M2 do M3 v sekundah

S - specifična površina

K - konstanta aparata (Blane)

ɛ - poroznost cementa v celici

β - viskoznost zraka pri izmerjeni temperaturi

γ - gostota vzorca

Go - masa cementa v celici

Vc - volumen celice

m0 - masa piknometra

m1 - masa piknometra s suhim materialom

m2 - masa piknometra s suhim materialom plus voda

V - volumen piknometra

ρl - prostorninska masa vode

Page 13: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

XII

KRATICE, OKRAJŠAVE

EFP - elektrofiltrski pepel

CEM - cement

V - silicijski pepel

W - kalcijski pepel

K - Portland cementni klinker

S - granulirana plavžna žlindra

P - navadni pucolan

Q - naravni kalcinirani pucolan

T - žgani skrilavec ali zagoreli oljni skrilavec

L - apnenec, TOC ne presega 0,5% mase

LL - apnenec, TOC ne presega 0,2% mase

TOC - delež skupnega organskega ogljika

D - mikrosalika

Hi - energijska gostota

Page 14: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 1

1 UVOD

1.1 Opredelitev področja in opis problema, ki je predmet raziskav

Elektrofiltrski pepel (EFP) je eden od stranskih produktov, ki nastanejo pri sežiganju

premoga v termoelektrarnah. EFP se ujame v elektrostatičnih filtrih ali drugi opremi

filtracije. Nekaj se ga tudi kopiči na dnu peči. Drobne delce, ki se dvigajo z dimnimi plini,

pa lahko imenujemo leteči pepel. Vsi pepeli ne glede na kurjen premog vsebujejo velike

količine silicijevega oksida (SiO2) tako v amorfni kot kristalni obliki in kalcijev oksid

(CaO). Del pa je iz strupenih snovi, saj nastaja kot stranski produkt pri razžveplovanju

dimnih plinov. Zaradi tega predstavlja velik ekološki problem. Težavo lahko predstavlja

tudi slaba kvaliteta kurjenega premoga, predvsem zaradi visoke vsebnosti žvepla. V

preteklosti so pepel prosto spuščali v ozračje, sedaj pa ga je potrebno s posebno opremo in

filtri zadržati pred sprostitvijo. Možno ga je tudi reciklirati in uporabiti predvsem v

gradbeništvu.

Diplomsko nalogo smo razdeli na teoretični in praktični del. V prvem delu smo opisali

nastanek EFP, področja in možnosti uporabe, ter problematiko z ekološkega vidika. V

drugem praktičnem delu pa smo določili lastnosti dveh tipov EFP. In sicer smo prvega

označili s tip A (pepel, ki ostane pri izgorevanju rjavega premoga) in drugega s tip B

(pepel, ki nastane v termoelektrarnah pri izgorevanju lignita).

1.2 Namen, cilji in osnovne trditve

Namen diplomske naloge je določiti fizikalne lastnosti dveh tipov EFP ter mehanske

lastnosti hidratiziranega EFP. Pepela smo med seboj primerjali na podlagi sledečih

raziskav:

• določitev gostote,

• določanje finosti,

Page 15: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 2

• določitev specifične površine z Blaine-ovim aparatom,

• določitev standardne konsistence,

• določitev začetka vezanja,

• določitev konca vezanja,

• določanje prostorninske obstojnosti,

• določanje tlačne trdnosti,

• določanje upogibne trdnosti.

Hidravlične lastnosti smo določili s standardnimi preizkusi, ki so namenjeni za preiskave

cementa.

Cilj je bil torej na podlagi izdelanih raziskav za oba tipa EFP ugotoviti ali, so naše

predvidene trditve pravilne. Predvidevali smo, da bo EFP, ki nastane pri izgorevanju

rjavega premoga, imel daljši čas začetka vezanja kot EFP, ki nastane pri izgorevanju

lignita. Na podlagi primerjave specifične površine obeh EFP smo predvidevali, da bo pepel

tip A, ki ima večjo specifično površino, imel tudi večjo vodo-vezivno razmerje pri

standardni konsistenci kot tip B. Predvidevali smo tudi, da EFP kot samostojno vezivo ni

prostorninsko obstojno. Hidravlične in fizikalne lastnosti veziva s hidravličnim dodatkom

EFP so odvisne od tipa EFP.

1.3 Predpostavke in omejitve

Pri praktičnem smo se omejili na preiskovalne metode, ki jih uporabljamo pri določanju

kvalitete cementa in sicer smo upoštevali sledeče standarde:

• SIST EN 196-1:2005 Metode preizkušanja cementa - 1. del: Določanje trdnosti,

• SIST EN 196-3:2005 Metode preizkušanja cementa - 3. del: Določanje časa vezanja in

prostorninske obstojnosti,

• SIST EN 196-6:2010 Metode preizkušanja cementa - 6. del: Določanje finosti.

Page 16: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 3

1.4 Predvidene metode raziskovanja

Teoretični del obsega študijo dostopne strokovne in znanstvene literature na temo EFP. V

praktičnem delu pa smo se osredotočili na standardne preiskave z laboratorijsko opremo, ki

jo poseduje laboratorij.

Page 17: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 4

2 TEORETIČNI DEL

2.1 Elektrofiltrski pepel

EFP je odpadni heterogeni prah, katerega delci so podobni zrnom cementa, vendar so

velikosti in oblika delcev zelo različni. Del EFP se nahaja v kristalni obliki in je v večini

sestavljen iz okroglih ali zaobljenih delcev ki vsebujejo različne količine silicijevih,

aluminijevih in železovih oksidov. Prav tako vsebuje tudi nezgorele delce premoga in

mineralne delce, ki so nepravilne in oglate oblike. Glede na pogoje gorenja oziroma

ohlajanja je v amorfni fazi prav tako nekaj kristaličnih mineralnih faz in koščki bolj ali

manj zoglenelega premoga. Na sliki 2:1 je prikazan delec pepela okroglaste oblike.

Slika 2:1: EFP tip B pri povečavi 1600.

Page 18: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 5

2.2 Kemijska sestava EFP

Lastnosti in sestava EFP so določene predvsem s sestavo premoga, dodatkov in količine

primešane jalovine, ki jo dodajajo ponekod pri izgorevanju za vzpostavljanje režima

gorenja in vezanje žvepla (Ercergovič et al., 2008). EFP nastaja pri visokih temperaturah v

kurišču od 1100 ˚C do 1200 ˚C, redkeje tudi 1600 ˚C in višjih. Bolj konstantna kot je

dosežena temperatura, enakomernejša je mineralna in kemijska sestava.

Kemijske sestave pepelov so zelo različne, zato ločimo pri nas pepele na dva tipa, glede na

kurjen premog v termoelektrarnah. In sicer EFP z manjšo vsebnostjo kalcija, ki nastaja pri

kurjenju antracita ter črnega premoga in pepel z veliko vsebnostjo kalcija, ki nastaja ob

kurjenju lignita (Ercegovič, 2008). Kemijske sestave teh dveh pepelov vidimo v

preglednici 2.1.

Preglednica 2.1: Tabela splošnih povprečnih vrednosti kemijske sestave EFP

(Lubej, 2011).

Kemijska sestava

EPF iz antrancitnega

premoga

(m %)

EPF iz lignita oziroma

premoga manjše kurilne

vrednosti

(m %)

SiO2 48 38

Al2O3 28 22

Fe2O3 9 4

CaO 4 24

MgO 2 5

SO3 1 3

Žaro izgube 5 1

EFP lahko delimo tudi glede na vsebnost kalcija po standardu EN 197-1:

• silicijev pepel, ki vsebuje manj kot 10 % CaO,

• kalcijev pepel, ki vsebuje več kot 10 % CaO.

Page 19: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 6

Različnost kemijske sestave, mineraloške lastnosti in fizikalne lastnosti, kot so finost in

indeks aktivnosti pa omejujejo uporabo EFP v betonih. Pepeli, ki imajo nižjo stopnjo CaO,

so manj reaktivni in navadno vsebujejo več SiO2 in Al2O3 kot pepeli, ki vsebujejo več CaO.

V standardu EN 197-1 ˝Sestava, zahteve in merila skladnosti za običajne cemente ̏ glede na

dodatek k cementu delimo EFP v odvisnosti od pridobivanja z mehanskim ali

elektrostatičnim izločanjem prašnih delcev iz dimnih plinov peči, kjer kurijo z uprašenim

premogom. Njegova sestava je odvisna od temperaturnih režimov in vrste kurjenega

premoga.

Z oznako V označujemo silicijske pepele. Ti so iz finega prahu, sestavljenega večinoma iz

okroglih delcev, ki imajo pucolanske lastnosti. V bistvu se sestojijo iz reaktivnega SiO2 in

Al2O3, preostanek pa vsebuje Fe2O3 in ostale spojine. Vsebnost reaktivnega sicilijevega

dioksida ne sme biti manjša od 20,0 % mase. Kalcijev pepel, v cementih označen kot W,

pa je fini prah s hidravličnimi in pucolanskimi lastnostmi. Sestavljajo ga reaktivni CaO,

SiO2 ter Al2O3, ostanek pa sestoji iz Fe2O3 in ostalih spojin. Ustrezen kalcijev pepel, ki

vsebuje več kot 15,0 % mase reaktivnega kalcijevega oksida, naj bi imel tlačno trdnost

najmanj 10,0 MPa v 28 dneh, ko testiramo po EN 196-1 (SIST EN 197-1).

2.3 Ekološki vidik

Pepel je že od nekdaj predstavljal ekološki problem, saj nastaja pri zgorevanju premoga in

tako nastajajo škodljive snovi, kot je žveplo (SO2). V preteklosti so se škodljive snovi

naložile v dimnih plinih in razpršile v ozračje. Zaradi tega je prišlo do okoljevarstvenih

zahtev, ki jih narekujejo zakoni. Namestiti so se morali filtri, ki so zmanjševali količino

izpuščenega pepela.

Zaradi vsebnosti škodljivih elementov v pepelu ga uvrščamo med škodljive odpadke. Med

izgorevanjem v termoenergetskih objektih se namreč 75 % do 90 % tako imenovanega

letečega pepela ujame v električnih filtrih. 10 % do 20 % pa ostaja v peči v obliki žlindre

ali ogorkov. Slika 2:2 prikazuje količine EFP, žlindre in sadre, ki nastajajo v

termoelektrarnah ob kurjenju premoga.

Page 20: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 7

Slika 2:2: Odpadki od zgorevanja premoga v proizvodnji energije po vrsti odpadka v

obdobju 2002-2008

(Odpadki od zgorevanja premoga v proizvodnji energije, 2009).

Pozornost reciklaži pepela so posvetili predvsem v zadnjih letih, saj je zanimanje za

trajnostni razvoj vedno večje. Za odlagališča EFP so točno določeni predpisi in zahteve, saj

imajo iz ekološkega vidika deponije EFP številne negativne posledice na okolje. Nastajajo

namreč emisije prahu pepela. Minerali pa imajo vsebnost žvepla, kar pomeni, da

povzročajo emisije žveplovih oksidov. Zraven precejšnih stroškov odlaganja teh odpadkov

imajo takšna odlagališča okoljevarstvene posledice, ki vplivajo na vse sestavine okolja in

sicer na sam relief, zrak, prst, vodo in vegetacijo.

Page 21: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 8

Slika 2:3: Odlagališče letečega pepela (A debate over disposal, 2010).

Pogačnikova (2007) v svoji diplomski nalogi navaja, da imajo deponije EFP (slika 2:3)

močan vpliv na relief, saj lahko spremenijo na primer celoten videz doline, kjer je takšna

deponija. Zaradi izpostavljenosti odpadnih produktov zunanjim procesom pa imajo prav

tako vpliv na zrak. Veter namreč raznaša prašne delce v okolico. Tako vpliva na rast v

gozdovih in na obdelovalnih površinah. Nastajajo pa tudi suhe in mokre prašne usedline.

Odpadki, ki ostanejo pri odžvepljevanju v termoenergetskih objektih škodljivo vplivajo na

okolje. Kočevarjeva (1992) v svojem diplomskem delu piše o vplivu na okolje takšnih

odlagališč, ki se kažejo predvsem v dveh oblikah. V okolici odlagališč veter raznaša

majhne delce pepela na tla, voda pa pepel izpira in odnaša snovi, kar ima lahko posledično

močan vpliv na človeško okolje. Velike količine težkih kovin v pepelu se lahko v rastlinah

kopičijo, vendar rastline različno absorbirajo posamezne prvine, kot so As, Na, Mo, Rb,

Br, Fe, Sb, Sc, Sm in U. Študije so tudi pokazale, da pepel pretirano ne onesnažuje vode,

saj kaže veliko sorptivno sposobnost za Cd, Cu, Cr. Prisotnosti teh elementov so bile v

testirani vodi v mejah normale. Ne smemo pa zanemarjati povišane radioaktivnosti na

odlagališču in v njegovi okolici.

Page 22: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 9

2.4 Uporaba

Možnosti ponovne uporabe EFP so prisotne že dlje časa in na podlagi pridobljenega

certifikata lahko EFP uvrščamo med gradbene proizvode.

V gradbeništvu se EFP uporablja za betone, veziva, agregate, malte, stabilizacijske in

nasipne materiale, polnila itd. Uporaba pa je vezana na kvalitativne lastnosti ter lokacijske

možnosti.

Industrijski odpadek EFP uporabljamo skladno s sledečimi standardi :

• s SIST EN 450 – Elektrofilterski pepel za beton,

• s SIST EN 197-1 – Cement,

• s SIST EN 14227-4 – Elektrofilterski pepel za hidravlično vezane zmesi.

Na podlagi zakonodaje se lahko del stranskih proizvodov iz termoelektrarn brez obdelave

proda na trg kot surovina v gradbeni predelovalni industriji. V Sloveniji največ odpadkov

proizvede Termoelektrarna Šoštanj, a jih kar 93 % uporabi v rudnikih za polnilo ter delno

tudi v proizvodnji cementa in betona. Termoelektrarna Trbovlje je pričela v letu 2012

poslovno sodelovati s podjetjem, ki sadro in EFP uporablja pri izdelavi mavčno kartonskih

plošč. V sklopu konzorcija Razvojni center Novi materiali pa bodo proučili in raziskali

možnosti nadaljnje uporabe in reciklaže EFP za izdelavo novih materialov, ki bi se lahko

uporabljali v industriji in gradbeništvu. Tako bodo znotraj tega projekta raziskane možnosti

uporabe pri grajenju nasipov in cestnih tamponov, uporabnost v cementarnah in

betonarnah, kot tudi ostalih možnostih uporabe za industrijske namene (Termoelektrarna

Trbovlje, 2009).

Termoelektrarna Ljubljana pa je za utrjevanje terena vso količino odpadkov uporabila na

Barju (Česen, 2009).

Manjši procent EFP tudi prevzemajo različna podjetja, katera ga uporabljajo kot sestavine

za druge produkte.

Page 23: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 10

Slika 2:4: Ravnanje z odpadki od zgorevanja premoga v obdobju 2002-2008

(Odpadki od zgorevanja premoga v proizvodnji energije 2009).

Kar 75 % celotnega deleža odpadkov slovenskih termoelektrarn, ki zajemajo tudi EFP se

uporabi v rudnikih, skoraj 20 % za nadaljnjo uporabo pa se uporabi v cementu ter betonih

in betonskih prefabrikatih (Česen, 2009).

Zaradi reagiranja EFP ob dodatku vode s CaO pa ima pucolanske lastnosti, kar pomeni, da

tvori hidratizirane kalcijeve silikate. Zaradi tega je primeren hidravliči material.

EPF se zaradi svojih lastnosti v veliki meri uporablja v rudarstvu (slika 2:4). V jamah ga z

dodatki vode, apna, cementa in drugih dodatkov uporabljajo za zasipavanje odkopnih

območij ter kot polnilo za jamsko podgradnjo, kot tudi hidroizolacije in varovanje jamskih

objektov. Z namenom povečanja trdnosti hribskega masiva nad odkopi ali jamskih

objektov ga pa injektirajo. V primeru ogrevanja ali jamskih ognjev ga uporabijo tudi kot

izolacijo jamskih objektov. Za preprečevanje prenašanja jamskih pritiskov na odprte

jamske prostore ga uporabljajo pri izdelavi stebrov, ki sprejemajo del obremenitve na

jamsko podgradnjo. Na površini se uporabljajo za izboljšanje le-te z namenom spremembe

Page 24: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 11

reliefa in priprave na rekultivacijo ali za spremembo namembnosti zemljišča za gradnjo

objektov. Pri opuščenih površinskih kopih ga lahko uporabimo za sanacijo. Z njim lahko

saniramo tudi vplive odkopavanj, površinske poškodbe, za izboljšane stabilnostnih razmer

na površini in v globini, ter v hribskem masivu za zapolnjevanje kavern (Rudnik Trbovlje

Hrastnik, 2012). Slika 2:5 in slika 2:6 prikazujeta del tehnologije zapolnjevanja opuščenih

jamskih prostorov v rudniku.

Slika 2:5: Doziranje elektrofiltrskega pepela v mešalec za kasnejši hidravlični nasip

(Hidravlični zasip, 2012).

Slika 2:6: Pregrada, ki zadrži elektrofiltrski pepel v jamskem objektu

( Hidravlični zasip, 2012).

Page 25: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 12

2.5 Uporaba EFP v betonih

Pri dodajanju betonu mineralnih dodatkov moramo paziti, da so lastnosti tega betona

enakovredne referenčnemu betonu, ki ne vsebuje teh dodatkov. Beton z dodatkom EFP

mora biti izdelan tako, da zadovoljuje zahteve, ki se nanašajo na stopnjo izpostavljenosti

okolju (SIST EN 450 – 1:2005). Po mnenju strokovnjakov je vpliv EFP na beton, glede na

ostale komponente dokaj majhen (slika 2:7).

Slika 2:7: Mnenja 27 članov ASTM Committee C1 »Cement« in ASTM Committee C9

»Concrete and Concrete Aggregate« o vplivu variabilnosti komponent betona na njegovo

obnašanje

(Šušteršič, 2007).

Slovenski standard o EFP SIST EN 450-1:2005 določa zahtevane kemijske in fizikalno -

mehanske lastnosti, ki jih mora imeti pepel, če ga želimo dodati betonu. Da lahko EFP

proizvajalec uporablja (kot dodatek tip II v betonu) mora ustrezno po zabeleženih predpisih

kontrolirati delovanje proizvodnje.Ta standard velja za silicijeve pepele, ki vsebujejo

najmanj 25 m % reaktivnega SiO2. Kot dodatek cementu CEM II pa lahko v proizvodnji

betona namesto silicijevega pepela uporabimo tudi druge tipe EFP. Uporabili bi lahko na

Page 26: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 13

primer silicijevo-kalcijev ali kalcijev pepel, vendar bi morali zanj pridobiti ustrezno

tehnično dovoljenje ali karakteristike le-tega predpisati v nacionalnem standardu

(Ercergovič at al., 2008).

Produkt, oziroma izdelek, kateremu smo dodali EFP, mora ustrezati merilom skladnosti za

katerega je potrebna neodvisna kontrola proizvodnje. Izvedejo se preizkusi, ki morajo

ustrezati posameznim zahtevam kemijskih in fizikalnih lastnosti. Vse tehnične zahteve za

notranjo kontrolo proizvodnje, skladnosti proizvoda in izdajo certifikata so podane v

slovenskem standardu SIST EN 450-2:2005.

Z uporabo EFP v betonih imamo tudi ekonomsko korist, saj predstavlja uporaba teh

varčevanje z materialnimi viri, energetski prihranek in zaščito okolja. Glede na dejstvo, da

je EFP odpadni material in je skoraj desetkrat cenejši od cementa, se tudi zniža cena

betona.

2.6 Vpliv EFP na lastnosti betona

EFP ima približno enako velike delce kot cement, a so njegove hidravlične lastnosti slabše

od cementa. Torej lahko delež cementa delno nadomestimo z deležem pepela. S

pucolansko reakcijo pa EFP gosti strukturo betona. Kot dodatek k betonu EFP poveča

obdelovalnost in kohezivnost sveže betonske mešanice in izboljšuje površinsko obdelavo

betona. Dodatek EFP vpliva tudi na lastnosti strnjene malte, betona in injekcijske mase, saj

povečuje končno trdnost (Zajc, 2008).

Navedena literatura predvideva tudi sledeče lastnosti betonskih mešanic:

• izboljšanje vezi med armaturo ali mikroarmaturo in betonom,

• znižanje toplote hidratacije v procesu vezanja,

• znižanje prepustnosti betona,

• znižanje ekspanzije, ki jo povzroča alkalna reaktivnost,

• povečanje odpornosti betona proti sulfatni reakciji,

• zmanjševanje izcvetanja,

• zmanjšanje nagnjenost k krvavenju (ang. bleeding),

• zaviranje korozije armature v betonu.

Page 27: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 14

Beton z EFP bi po navedenih predpostavkah naj imel večjo odpornost na ekspanzijo,

kislinsko agresijo, sulfatno korozijo, prodor kloridov in manjšo zmrzlinsko odpornost in

odpornost na karbonizacijo (Cotič, 2008).

Tehnološka korist mešanja EFP z betonom je, da lahko ta izboljša lastnosti betona v

svežem in prav tako v strjenem stanju. Vgradljivost, obdelovalnost in zmanjšana potreba

po vodi so izboljšane lastnosti betona v svežem stanju. Za že strjen beton pa se zmanjša

prepustnost betona in krčenje. Pri masivnih betonih je pomembno, da je hidratacijska

toplota z dodatkom EFP manjša in se tako zmanjša nevarnost nastanka razpok (Ercegovič

et al., 2008).

2.7 Voda

Za pripravo betona ne moremo uporabiti vsake vode, saj mora ta ustrezati standardu

SIST EN 1008:2003 z naslovom Voda za pripravo betona. V njem so opisane zahteve za

vzorčenje, preizkušanje in ugotavljanje primernosti vode. Najpogosteje se dodaja pitna

voda, lahko pa dodamo tudi nepitno, a jo je potrebno testirati po zgoraj navedenem

standardu, saj ima kvaliteta vode vpliv na kakovost in trdnost cementnih kompozitov.

2.8 Cement

Cement, kot ga poznamo danes so začeli proizvajati v začetku 19. stoletja, ko je bilo

možno doseči temperature do 1500 ˚C. To temperaturo doseže material v fazi sintranja, ko

se dogajajo pomembne fizikalne in kemijske reakcije. Pri tej temperaturi namreč reagira

belit s prostim apnom in nastane alit, ki je glavni material klinkerja. Nastala minerala alit

in belit pa dajeta klinkerju večji del njegovih hidravličnih lastnosti.

Cement je fino mleto hidravlično vezivo, ki veže večja zrna v trdno telo, ki sestoji pretežno

iz hidratnih spojin CaO in SiO2, glinic in železovih oksidov.

V reakciji z vodo se cement strdi in veže, kar imenujemo hidratacija. To pomeni, da tvori

kristalne produkte, ki otrdijo tudi v vodi, saj niso topni. Iz cementne paste nastane trd

Page 28: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 15

cementni kamen, ki prenaša visoke tlačne obremenitve. Cement deluje kot vezivo naravnih

ali umetnih agregatov, iz katerega najpogosteje proizvajamo malte in betone.

Fizikalno mehanske lastnosti cementa:

• finost mletja,

• čas vezanja,

• prostorninska obstojnost,

• trdnost.

2.9 Pridobivanje in priprava cementa

Prva faza pridelovanja cementa se prične z osnovnima surovinama. Glavni surovini zaradi

svoje primerne naravne sestave za proizvodnjo cementa sta apnenec in glina. Njuna

naravna zmes pa je lapor. S pridobivanjem primerne surovinske mešanice v pravilnem

razmerju začnemo v kamnolomu z miniranjem. Kasneje sledi še drobljenje in sušenje

vsake surovine posebej.

Sledi druga faza priprava surovine. Tej se dodajajo različni mineralni dodatki, kot so

žlindra, boksit, železova ruda ali piritni ogorki. Ti pripomorejo k ustrezni kemijski sestavi,

ki zagotavlja dobro žganje in formiranje mineralov klinkerja v peči. Ustrezna mešanica gre

nato v mlin, ki material iz kamnoloma zmelje v fino moko, kar je pomembno za dobro

žganje le-te v peči. Pomembna je kontrola ustrezne kemijske sestave za primerno

doziranje. Surovinska moka se nato shrani v silos homogenizacije, ki je razdeljen na dva

dela. V zgornjem delu poteka mešanje zmlete surovinske mešanice, v spodnjem pa

shranjevanje že pripravljene homogenizirane surovinske moke. Temu sledi

homogeniziranje moke, ki ustreza zahtevanim parametrom. Ta proces se dogaja s pomočjo

stisnjenega zraka, ki se ga vpihuje v dno vrhnjega dela silosa. Nakar sledi ponovno

testiranje kemijske sestave v laboratoriju in če ta ne ustreza, se proces mešanja ponovi (O

cementu, 2013).

Naslednje faze potekajo v izmenjevalcu toplote, rotacijskih pečeh in hladilcu klinkerja.

Tukaj poteka pomemben proces proizvodnje klinkerja, ki je osnovna surovina za izdelavo

cementa. Ta nastaja v rotacijski peči z žganjem surovinske moke. Surovinska moka se pred

Page 29: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 16

vstopom v peč segreje v izmenjevalcu toplote in tako se skrajša čas v rotacijski peči in

zviša količino proizvedenega klinkerja. Surovinska moka je po vstopu v peč tako

dekarbonizirana, da se iz apnenca zaradi visokih temperatur tvori apno in se sprosti CO2.

Surovina pred vstopom v peč oziroma po izstopu iz izmenjevalca doseže nekje 800 ˚C. V

peči doseže višje temperature cca. 1300 ˚C. Pri tej temperaturi karbonati in glineni

materiali v celoti razpadejo, tvorijo pa se belit, aluminat in ferit-minerali klinkerja.

Najpomembnejše kemijske in fizikalne reakcije se dogajajo pri najvišjih temperaturah do

1450 ˚C, v coni sintranja. Pride namreč do reakcije belita s prostim apnom in nastane alit,

ki je glavni mineral cementrnega klinkerja. Hidravlične lastnosti klinker dobi iz mineralov

alita in belita in se prenese na končni produkt. Delež taline je v tako visokem

temperaturnem območju do 30 %. Zaradi vrtenja peči in prisotnosti taline pa pride do

nastanka kroglic klinkerja. Ta pade iz peči v hladilec. To je zadnja faza hlajenja klinkerja,

ki odloča o njegovi kvaliteti. V hladilcu klinkerja več ventilatorjev vpihuje hladni zrak.

Klinker se iz visoke temperature v tej fazi ohladi na manj kot 100 ˚C. V tej stopnji pride do

kristalizacije taline v aluminat in ferit. V tej fazi je pomembno s hitrim ohlajanjem zadržati

obstoječo mineralno sestavo, kajti več alita prispeva k večji trdnosti cementa (O cementu,

2013).

Dobljen produkt je temno sivi cementni klinker premera cca. 3 cm. Skladiščimo ga v za to

namenjenih silosih. Tam se skladišči do mletja v cementnem mlinu. Iz cementnih silosov

polnimo cement v vreče.

Količinske vrednosti klinkerskih mineralov v običajnih cementih:

• 60-70 % alita,

• 20-25 % belita,

• 7-10 % ferita,

• 7-10 % aluminata,

• 2 % je največja vrednost apna.

Page 30: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 17

2.10 Vrste cementa

Cemente po standardu SIST EN 197-1; Sestava in označevanje cementa delimo na glavne

vrste:

• CEM I portlandski cement,

• CEM II/A-X mešani portlandski cement z do 20 % dodatka,

• CEM II/B-X mešani portlandski cement z 21 % do 35 % dodatka,

• CEM III žlindrin cement,

• CEM IV pucolanski cement,

• CEM V mešani cement.

2.11 Glavne sestavine cementa

Različni cementi imajo različne sestavine in posledično različne lastnosti. Vsota deležev

reaktivnega CaO in SiO2 naj bi bila vsaj 50 % mase, ki se določi v skladu s standardom

EN 196-2.

Z oznako K označujemo Portland cementni klinker, ki je narejen z zgoščevanjem ali s

sintranjem mešanice surovin, ki vsebuje CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 in majhne količine

drugih snovi. Cementni klinker je hidravlični material, katerega slaba tretjina sestoji iz

klinkerjeve faze, vsaj dve tretjini mase pa iz kalcijevih silikatov. Vsebina MgO ne sme

preseči 5,0 % mase. Masno razmerje med CaO in SiO2 pa naj ne bi bilo nižje od 2,0 (SIST

EN 197-1:2001).

Granulirano plavžno žlindro oznake S v večini sestavljajo alumosilikati in kalcijevi silikati,

ki nastajajo pod redukcijskimi pogoji. Steklasta snov je latentno hidravlično vezivo, ki ga

aktivirajo alkalije. Delci so manjši od 45 μm in zmleti v prah. Masno razmerje

(CaO + MgO) / SiO2 pa ne presega 1,0 (SIST EN 197-1:2001).

Pucolanske materiale, ki jih dodajamo cementu, delimo v dve skupini. Ti skupini sta

naravni pucolani z oznako P, ki so večinoma snovi vulkanskega izvora, ali sedimentne

kamnine s primerno mineraloško in kemično sestavo. Pod oznako Q spadajo naravni

kalcinirani pucolani, ki so snovi aktivirane s termično obdelavo in so vulkanskega izvora.

Page 31: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 18

To so gline, sedimentne kamnine ter skrilavci. Vsi pucolanski materiali morajo biti

primerno izbrani, homogenizirani, toplotno obdelani ali osušeni, ter zmleti glede na stanje

proizvodnje ali stanje, v katerem so ob dostavi. Vsaj 25 % celotne mase mora biti reaktivni

sicilijev dioksid. Fino zmleti pucolan pri normalni temperaturi v prisotnosti vode reagira z

raztopljenim kalcijevim hidroksidom (SIST EN 197-1:2001).

Pod črko T je žgani skrilavec ali gorel oljni skrilavec. Nastaja pri temperaturi približno

800 ˚C v rotacijskih pečeh. V njem pa najdemo faze klinkerja in večino pucolansko

aktivnih oksidov (SIST EN 197-1:2001).

Apnenec s simbolom L ali LL po standardu EN 197-1 mora izpolnjevati sledeče zahteve

(SIST EN 197-1:2001):

• vsebina CaCO3 izračunana iz vsebnosti kalcijevega oksida mora biti najmanj 75 %

mase. Vsebnost gline s preskusom skladno z EN 933-9 ne sme presegati 1,2 g / 100 g.

• skupna vrednost organskega ogljika mora ustrezati enemu od kriterijev, ki so našteti v

nadaljevanju. Prvi kriterij za LL da delež skupnega organskega ogljika (TOC - total

organic carbon), ki ne sme presegati 0,20 % mase. Drugi kriterij L pa ne sme presegati

0,5 % mase.

S črko D označujemo mikrosiliko. Ta običajno vsebuje več kot 90 % SiO2, premer zrn, ki

so steklaste oblike, pa je povprečne velikosti premera 0,1 μm. Okrog 10 % cementnega

klinkerja lahko zamenjamo z mikrosiliko (SIST EN 197-1:2001).

Za vsak dodatek cementu so točno predpisane količine dodatkov. Prav tako morajo biti

primerno pripravljene, kar pomeni izbrane, osušene, homogenizirane, zmlete ali

zdrobljene, da lahko s svojo porazdelitvijo zrn pozitivno vplivajo na fizikalno-mehanske

lastnosti cementa.

Page 32: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 19

3 PRAKTIČNI DEL

3.1 Opis opravljenih preiskav

Namen diplomske naloge je ugotoviti razlike med EFP, ki nastane pri izgorevanju rjavega

premoga in EFP, ki nastane pri izgorevanju lignita. Zato smo opravili standardne preiskave

na vzorcih, ki smo jih označili z EFP tip A, EFP tip B, CEM II, tip A, tip B, tip C, tip D,

tip 1, tip 2 in R. Določili smo finost mletja in prostorninsko maso cementa (CEM II) in

obeh pepelov (EFP tip A, EFP tip B). Na vzorcih standardne konsistence (tip A, tip B,

tip C in tip D) smo določili začetek in konec vezanja ter prostorninsko obstojnost.

Upogibno in tlačno trdnost smo določili na vzorcih tip 1 in tip 2. Preiskave, ki smo jih

izvedli na posameznih vzorcih so podane v preglednici 3.1.

Preglednica 3.1: Oznaka vzorca in vrsta preiskave.

Oznaka vzorca Vrsta preiskave

EFP tip A, EFP tip B, CEM II - določitev finosti mletja

- določitev prostorninske mase

tip A, tip B, tip C, tip D

- določitev standardne konsistence

- določitev začetka in konca vezanja

- določitev prostorninske obstojnosti

tip 1, tip 2, referenca R - določitev upogibne trdnosti

- določitev tlačne trdnosti

3.1.1 Določitev finosti mletja

Sposobnost in hitrost hidratacije je odvisna predvsem od finosti mletja cementa in EFP.

Finost mletja določimo na dva načina:

a) s postopkom sejanja, ki se izvaja na situ z odprtinami na mreži 0,09 mm in

Page 33: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 20

b) s pomočjo Blainovega aparata, s katerim določimo skupno površino delcev v enoti

mase.

Postopek določitve finosti mletja je opisan v standardu SIST EN 196-6:2010; Metode

preskušanja cementa - 6. del: Določanje finosti.

3.1.2 Določitev prostorninske mase

Z metodo piknometra smo določili prostorninsko maso cementa in EFP. Prostorninsko

maso smo določili tako, da smo najprej stehtali prazen piknometer (m0). V piknometer smo

vsuli 10 ± 1 g vzorca in stehtali (m1). Vodo smo nato prilili do vrha piknometra in

stehtali (m2). Gostoto smo izračunali z enačbo 3.1:

�� = �����

�����

(3.1)

Metoda določitve prostorninske mase s piknometrom je podana v standardu

SIST EN 1097-6; Preizkusi mehanskih in fizikalnih lastnosti agregatov – 6 del:

Določevanje prostorninske mase zrn in vpijanje vode .

3.1.3 Določitev standardne konsistence

Standardna konsistenca je definirana kot razmerje med maso vode in maso cementa, s

katerim dobimo cementno pasto plastične konsistence. Za določitev standardne konsistence

smo uporabili Vicatov aparat, s katerim določimo odpornost proti ugrezanju standardnega

jeklenega bata v cementno pasto. Standardna konsistenca je določena takrat, ko jekleni bat

z premerom 10 mm, prodre 6 ± 2 mm v cementno pasto, merjeno od dna kalupa. Preiskava

je bila izvedena skladno s standardom SIST EN 196-3:2005; Metode preskušanja

cementa - 3. del: Določanje časa vezanja in prostorninske obstojnosti.

3.1.4 Določitev začetka in konca vezanja

Začetek in konec vezanja se določa z Vicatovim aparatom. Iglo s površino 1 mm2,

spustimo v cementno pasto standardne konsistence, s katero je napolnjen kalup. Kot

začetek vezanja smo zabeležili čas, ko je igla prodrla 6 ± 3 mm v cementno pasto

standardne konsistence, merjeno od dna kalupa. Konec vezanja določimo s časom, ki je

potreben, da igla prodre 0,5 mm v cementno pasto, merjeno od zgornjega roba. Navodila

Page 34: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 21

določitve začetka in konca vezanja so podana v standardu SIST EN 196-3:2005; Metode

preskušanja cementa - 3. del: Določanje časa vezanja in prostorninske obstojnosti.

3.1.5 Določitev prostorninske obstojnosti

Obstojnost cementa je definirana kot stalnost volumna cementne paste standardne

konsistence v času strjevanja. Obstojnost cementne paste in EFP smo določili s

Le Chatelierjevimi prstani. Pripravljeno zmes standardne konsistence smo namestili v Le

Chatelierjev prstan, ki je bil položen na stekleno ploščico. Prstan smo pokrili z drugo

stekleno ploščico in dodali utež z maso 75 g. Po 24 urah smo izmerili razdaljo med

koncema igel Le Chatelierjevega prstana (razdalja A). Nato smo vzorce za 30 min

namestili v kopel in vzdrževali temperaturo na vrelišču še 3 ure. Po tem času smo izmerili

razdaljo med koncema igel (razdalja B). Vzorce smo ohladili na temperaturo 20 ± 2 °C ter

ponovno izmerili razdaljo med koncema igel (razdalja C). Izračunali smo razliko med

razdaljo C in razdaljo A na milimeter natančno. Postopek preiskave je opisan v standardu

SIST EN 196-3:2005; Metode preskušanja cementa - 3. del: Določanje časa vezanja in

prostorninske obstojnosti.

3.1.6 Določitev trdnosti

Upogibno in tlačno trdnost smo določili z univerzalnim dinamometrom. Vzorce smo

izdelali skladno s standardom SIST EN 196-1:2005; Metode preskušanja cementa - 1. del:

Določanje trdnosti. Z namenom določitve časovnega razvoja upogibne in tlačne trdnosti

smo izvedli preiskave trdnosti na vzorcih po 3, 7 in 28 dnevih.

3.2 Lastnosti komponent vzorcev

3.2.1 EFP tip A in EFP tip B

Z oznako EFP tip A smo označili EFP, ki nastane pri izgorevanju rjavega premoga. Z

oznako EFP tip B pa smo označili EFP, ki nastane pri izgorevanju lignita. Na podlagi

obstoječe literature smo naredili primerjavo obeh premogov, ki jo podajamo v

preglednici 3.2. Iz preglednice je razvidno, da ima EFP tip B večjo vlago in manjšo

Page 35: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela

specifično sežigno toploto. Iz

EFP tip B je svetlo rjave barve

Slika

Preglednica 3.2: Primerjava rjavega premoga in lignita (

Skupna vlaga, %

Pepel, %

Volatili, %

C, %

H, %

O+N, %

S, %

Hi [MJ/kg]

Rezultati laboratorijskih analiz, ki jih dolo

preglednici 3.3. Na podlagi rezultatov laboratorijskih analiz je mogo

EFP tip B vsebuje enkrat več

EFP tip A.

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela

no sežigno toploto. Iz slike 3:1 je razvidno, da je EFP tip A je temno rjave

EFP tip B je svetlo rjave barve.

Slika 3:1 EFP tip B (levo) in tip A (desno).

Primerjava rjavega premoga in lignita (Energija in okolje

Rjavi premog

24

19

33

40

3

12

2,36

14,6

Rezultati laboratorijskih analiz, ki jih določa standard SIST EN 450

Na podlagi rezultatov laboratorijskih analiz je mogo

B vsebuje enkrat večjo vrednost prostega CaO, ter SiO v netopnem ostanku, kot pa

22

je razvidno, da je EFP tip A je temno rjave barve ter

a in okolje-predavanje 3).

Lignit

42

11,7

28

30

2,3

13,4

1

9,7-11

a standard SIST EN 450-1 so podani v

Na podlagi rezultatov laboratorijskih analiz je mogoče sklepati, da

jo vrednost prostega CaO, ter SiO v netopnem ostanku, kot pa

Page 36: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 23

Preglednica 3.3: Rezultati laboratorijskih analiz obeh tipov EFP (Jelušič et al., 2013).

EPF tip A

(m %)

EPF tip B

(m %)

Žarilna izguba pri 950˚C 2,63 0,41

Netopni ostanek 10,23 16,67

SiO2 v netopnem ostanku 5,77 13,08

SiO2 čisti 42,82 47,62

SiO2 raztopljeni 0,48 0,64

SiO2 celokupni 43,30 48,26

SiO2 reaktivni 37,53 35,18

CaO reaktivni 8,01 7,56

SO3 1,88 1,88

CaO prosti 1,22 2,00

3.2.2 Cement CEM II/B-M (W-L) 42,5 N

Za izdelavo vzorcev smo uporabili Portland cement proizvajalca Lafarge Cement iz

Trbovelj, z oznako CEM II/B-M (W-L) 42,5 N (slika 3:2). To je mešan portlandski

cement, trdnostnega razreda 42,5 MPa. Oznaka N pomeni običajna zgodnja trdnost.

Vsebuje najmanj 65 % Portland cementnega klinkerja, ter največ 35 % mešanega

mineralnega dodatka. Oznaki W in L predstavljata ta dodatek k cementu. V tem primeru je

W oznaka za kalcijski pepel in L za apnenec z organsko vrednostjo vodika, ki ne presega

0,5 % mase. Cement vsebuje med 21 % do 35 % pepela (W) in apnenca (L), regulator

vezanja – sadra.

Page 37: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 24

Slika 3:2: Cement CEM II/B-M (W-L) 42,5 N.

Daljši čas vezanja, visoke tlačne trdnosti in običajna zgodnja trdost so karakteristike tega

cementa v primerjavi z drugimi vrstami cementa. Fizikalne, mehanske in kemijske zahteve

cementa CEM II/B-M (W-L) 42,5 N so podane v preglednici 3.4.

Preglednica 3.4: Fizikalne, mehanske in kemijske lastnosti CEM II/B-M (W-L) 42,5 N

(Predstavitev cementa – Klasik, 2011).

Parameter Enota Zahteve

standarda

Dosežene

vrednosti

Fizikalne zahteve

Prostorninska obstojnost mm ≤ 10 > 1

Čas začetka vezanja min ≥ 60 ≥ 190

Mehanske zahteve

Začetne trdnosti (2dni) MPa ≤ 10,0 ≥ 23

Končne trdnosti (28 dni) MPa ≥ 42,5 ≤ 62,5 ≥ 54

Kemijske zahteve

Vsebnost sulfata (SO3) % ≤ 3,5 ≤ 3

Vsebnost klorida % ≤ 0,10 ≤ 0,02

Page 38: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 25

3.1 Izdelava vzorcev

Namen diplomske naloge je prav tako ugotoviti razlike kakršne v reaktivnosti obeh tipov

EFP, zato smo izdelali vzorce (tip A, tip B, tip C in tip D), katerih deleži veziva so podani

v preglednici 3.5. Izdelali smo tudi vzorce (tip 1 in tip 2), s katerimi smo prikazali vpliv

obeh tipov EFP na časovni razvoj upogibne in tlačne trdnosti. Receptura vzorcev tip 1 in

tip 2 ter referenčnega vzorca je podana v preglednici 3.6.

Preglednica 3.5: Deleži veziva v posameznem vzorcu.

Oznaka vzorca Delež cementa

CEMII (%)

Delež EFP tip A (%)

Delež EFP tip B (%)

tip A 0 100 0

tip B 0 0 100

tip C 70 30 0

tip D 70 0 30

Preglednica 3.6: Receptura vzorcev tip 1, tip 2 in referenčnega vzorca.

tip 1 tip 2 Referenca R

Masa peska mp (g) 1350 1350 1350

Masa cementa mc (g) 315 315 450

Masa EFP tip A mEFP,tip A (g) 135 / /

Masa EFP tip B mEFP,tip B (g) / 135 /

Masa vode mw (g) 225 225 225

3.2 Rezultati opravljenih preiskav

3.2.1 Določitev finosti mletja vzorcev

Vzorce smo najprej osušili pri temperaturi 105 ˚C do 110 ˚C in jih nato dali v eksikator,

kjer so se ohladili na sobno temperaturo. Metodo sejanja smo izvedli s standardnim sitom z

odprtinami 0,09 mm. Sejali smo 10 g posameznega vzorca in izračunali ostanek na situ R z

Page 39: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 26

natančnostjo 0,1 %. Rezultati sejanja so podani v preglednici 3.7. Povprečna vrednost

ostanka na situ za posamezen vzorec je podana na grafu 3-1.

Preglednica 3.7: Določitev ostanka na situ EPF Tip A, EFP tip B in cementa CEMII.

Vzorec G1 (g) G2 (g) R (m %)

EFP tip A

1 3,99 10 39,9

2 3,97 10 39,7

EFP tip B

1 1,38 10 13,7

2 1,40 10 14,0

CEM II

1 0,9 10 0,9

2 0,7 10 0,9

Graf 3-1: Ostanek na situ 0,09 mm EFP tip A, EFP tip B in cementa CEM II/B-M (W-L) 42,5 N.

39,8

13,9

0,8

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

tip A tip B CEM II

Ost

ane

k n

a si

tu 9

0 µ

m R

(m

%)

Vzorci

Page 40: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 27

S pomočjo Blainovega aparata smo določili specifično površino vzorcev EFP tip A,

EFP tip B ter cementu CEM II. Osušen vzorec EFP tip A, EFP tip B in cementa CEM II

smo vsuli v celico aparata, ki je prikazana na sliki 3:3.

Slika 3:3: Blain-ov aparat.

Masa vzorca, ki jo vsujemo v celico je odvisna od volumna celice in gostote vzorca.

Enačba 3.2 podaja, izračun mase vzorca, ki jo vsujemo v celico.

� = 0,5 × �� × � (3.2)

kjer je:

Vc - volumen celice (cm3),

ρ - gostota materiala (g/cm3).

Page 41: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 28

Specifično površino določimo tako, da izmerimo čas padanja petroleja od oznake M2 do

oznake M3. Specifična površina se izračuna z enačbo (3.)3

� = � ×�ɛ�×√�

�� ×( �ɛ)×�" (3.3)

kjer je:

S - specifična površina v (cm2/g),

K - konstanta aparata (22,88),

ɛ - poroznost cementa v celici,

t - čas padanja petroleja od M2 do M3 v sekundah (s),

γ - gostota vzorca (3 g/cm3),

β - viskoznost zraka pri izmerjeni temperaturi (pri 22 °C je

�# = 0,01348).

Poroznost cementa ɛ, smo izračunali po enačbi 3.4:

ɛ = 1 − ( &�

�� ��) (3.4)

kjer je:

Go - masa cementa v celici (2,7 g),

Vc - volumen celice (1,728 cm3),

γc - gostota cementa (3,1 g/cm3).

Mase vzorcev in časi padanja petroleja od oznake M2 do M3 so podane v preglednici 3.8.

Specifične površine vzorcev EFP tip A, EFP tip B in cementa CEM II so prikazane na

grafu 3.2.

Page 42: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 29

Preglednica 3.8 Mase vzorcev in čas padanja petroleja od oznake M2 do oznake M3.

Vzorec Masa (g) Čas od M2 do M3 (s)

EFP tip A G( = 0,5 ∙ 1,728 cm/ ∙ 2,012 g cm/⁄ = 1,74g 17

EFP tip B G( = 0,5 ∙ 1,728 cm/ ∙ 2,331 g cm/⁄ = 2,01g 55

Cement G( = 0,5 ∙ 1,728 cm/ ∙ 3,100 g cm/⁄ = 2,70g 121

Graf 3-2: Specifične površine tip A, tip B in CEM II.

3.2.2 Določitev prostorninske mase vzorcev

Z metodo piknometra smo določili prostorninsko maso vzorcev EFP tip A, EFP tip B in

cementa CEM II. Prostorninsko maso smo izračunali po sledeči enačbi (3.5):

�� = �����

�����

(3.5)

kjer je:

ρ - prostorninska masa v (g/cm3),

m0 - masa piknometra v (g),

2454

3790 3788

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Tip A Tip B CEM II

Sprc

ifič

na

po

vrši

na

(cm

2 /g)

Vzorci

Page 43: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 30

m1 - masa piknometra s suhim materialom v (g),

m2 - masa piknometra s suhim materialom plus voda v (g),

V - volumen piknometra v (ml) in

ρl - prostorninska masa vode (g/cm3).

Rezultati prostorninske mase vzorcev so podani na grafu 3.3

Graf 3-3: Rezultati prostorninske mase EFP tip A, EFP tip B in cementa CEM II.

3.2.3 Določitev standardne konsistence

Določili smo razmerje maso vode in maso veziva pri kateri dobimo pasto plastične

konsistence. Za ta namen smo uporabili Vicatov aparatom, ki ima bat premera 10 mm za

meritev upora snovi (slika 3:4). Standardna konsistenca je določena takrat, ko jekleni bat

prodre 6 ± 2 mm v cementno pasto, merjeno od dna kalupa. Razmerja med maso vode in

maso veziva pri standardni konsistenci so podana na grafu 3.4.

2,01

2,33

2,92

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

EFP tip A EFP tip B CEM II

Pro

sto

rnin

ska

mas

a (g

/cm

3 )

Vzorci

Page 44: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 31

Slika 3:4: Vicatov aparat za določitev standardne konsistence.

Graf 3-4:Vodo-vezivno razmerje vzorcev pri standardni konsistenc.

0,42

0,39

0,320,34

0,33

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

Tip A Tip B Tip C Tip D CEM II

Vo

do

-ve

zivn

o r

azm

erj

e p

ri s

tan

dar

dn

i

ko

nsi

ste

nci

(-)

Vzorci

Page 45: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 32

3.2.4 Določitev začetka in konca vezanja

Začetek in konec vezanja smo določili z Vicatovim aparatom ki je prikazan na sliki 3:5.

Kot začetek vezanja smo zabeležili čas, ko je igla prodrla 6 ± 3 mm v pasto standardne

konsistence, merjeno od dna kalupa. Konec vezanja smo določili s časom, ki je potreben,

da igla prodre 0,5 mm v pasto, merjeno od zgornjega roba. Rezultati začetka in konca

vezanja so podani na grafu 3-5.

Slika 3:5: Vicatov aparat za določitev začetka in konca vezanja vzorcev.

Graf 3-5: Začetek in konec vezanja vzorcev pri standardni konsistenci.

466

75

273 276241

598

167

355318

296

0

100

200

300

400

500

600

700

Tip A Tip B Tip C Tip D CEM II

Čas

(m

in)

Vzorci

Začetek vezanja (min)

Konec vezanja (min)

Page 46: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 33

3.2.5 Prostorninska obstojnost vzorcev

Namen preizkušanja prostorninske obstojnosti je določiti predvsem posledice zakasnele

hidratacije. Določimo jo lahko s standardnimi pogačicami, Le Chatelierjevmi prstani, z

meritvami količine sulfatov in meritvami deformacij, ki nastanejo pri povišanem tlaku in

temperaturi. Prostorninsko obstojnost smo določili z Le Chatelierjevmi prstani, ki so

prikazani na sliki 3:6. Ugotovili smo, da vzorca tip A in tip B pri standardni konsistenci

nista obstojna, saj je pasta razpadla preden smo dosegli vrelišče vode (slika 3:7). Vzorca

tip C in tip D pa ustrezata kriteriju prostorninske obstojnosti, saj je deformacija merjena

kot razmik igel ni povečala.

Slika 3:6: Le Chatelierjevmi prstani.

Slika 3:7: Vzorec tip A ni prostorninsko obstojen.

Page 47: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 34

3.2.6 Določitev trdnosti vzorcev

Tlačno in upogibno trdnost smo določili na vzorcih katerih receptura je podana v

preglednici 3.9. Vzorce smo izdelali skladno s standardom SIST EN 196-1:2005; Metode

preskušanja cementa - 1. del: Določanje trdnosti.

Preglednica 3.9: Receptura vzorcev za tip 1, tip 2 in referenčnega vzorca R.

tip 1 tip 2

Referenčni vzorec

R

Masa peska

mp(g) 1350 1350 1350

Masa cementa

mc(g) 315 315 450

Masa pepela

mEFP (g) 135 135 /

Masa vode

mw (g) 225 225 225

Preizkus upogibne in tlačne trdnosti smo izvedli na prizmah dimenzije 40 / 40 / 160 mm po

3, 7 in 28 dnevih s pomočjo univerzalnega dinamometra. Rezultati upogibnih trdnosti so

podani na grafu 3-6, rezultati tlačnih trdnosti pa so podani na grafu 3-7.

Graf 3-6: Upogibna trdnost vzorcev tip 1, tip 2 in referenčnega vzorca R.

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

3 13 23 33

Up

ogi

bn

a t

rdn

ost

Rf(M

Pa)

Čas (dni)

tip 1

tip 2

Referenca R

Page 48: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 35

Graf 3-7: Tlačna trdnost vzorcev tip 1, tip 2 in referenčnega vzorca R.

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

3 8 13 18 23 28 33

Tlač

na

trd

no

st σ

c(M

Pa)

Čas (dni)

tip 2

tip 1

Referenca R

Page 49: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 36

4 ANALIZA REZULTATOV

Nadomeščanje Portland cementnega klinkerja je v gradbeni praksi zelo pogosto, motivi za

to pa so predvsem:

• povečanje dobička proizvajalcev cementa,

• povečanje dobička proizvajalcev betona,

• uporaba stranskih produktov industrije,

• priprava cementov s posebnimi lastnostmi, ki bi jih z običajnimi cementi zelo težko

dosegli in

• izboljšanje trdnostnih lastnosti s spremembo reakcije hidratacije, ki poteka v

cementnih kompozitih.

Oba tipa preiskanih EFP sta morfološko heterogen droben prah sestavljen pretežno iz

zaobljenih delcev, delci cementa pa so pretežno robati – nepravilnih oblik. Meritev

specifične površine, ki smo jo opravili z Balinovim aparatom je pokazala, da ima pepel

tip A za 35 % manjšo specifično površino, kot pepel tip B. Specifična površina pepela

tip B in cementa CEM II/B-M(W-L) 42,5 N sta skoraj enaki in znašata okoli 3790 cm2/g.

Začetek in konec vezanja, katerega smo določili na vzorcih mešanic standardne

konsistence pokaže, da je razlika med začetkom časa vezanja in koncem časa vezanja paste

z pepelom tip A za 40 minut daljši, kot pri pasti z pepelom tip B. Začetek vezanja pri pasti

z pepelom tip A nastopi po 466 minutah, konec pa po 598 minutah. Pri pasti z pepelom

tip B, smo izmerili začetek vezanja pri 75 minutah, konec pa po 598 minutah. Primerjava

dolžina časa od začetka vezanja do konca vezanja na cementni pasti z uporabljenim

cementom je 55 minut. Začetek vezanja nastopi po 241 minutah, konec pa po 296 minutah.

Zabeleženi časi vezanja potrjujejo dejstvo, da cementni kompoziti z dodatkom EFP

strjujejo počasneje kot čisti cementni kompoziti. Manjša specifična površina pepela lahko

podaljša čas časa vezanja.

Page 50: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 37

Za cementne paste standardne konsistence s pepelom tip A in B, smo ugotovili, da nista

prostorninsko obstojni. Dejstvo je, da se pepel kot samostojna hidravlična komponenta v

kompozitih nikoli ne uporablja. Poznano je, da se proces vezanja EFP pri mešanju z vodo

zaradi kemijskih reakcij lahko spremeni, za cementne kompozite z dodanim EFP pa velja,

da je za prostorninsko nestabilnost lahko vzrok visoka količina prostega CaO (Fu et al.,

1997). Iz pregledu kemijskih sestav EFP, katero smo pridobili od proizvajalcev je

razvidno, da naj bi bila količina te komponente pri obeh pepelih enaka. Iz navedenega

sledi, da bi bilo potrebno za ugotovitev vzroka zakaj nastopi ta sprememba opraviti še

dodatne preiskave.

Povečana tlačna trdnost kompozitov, ki smo jih označili kot vzorec tip 1 in tip 2, kjer smo

mešali cement, EFP, standardni pesek in vodo, kaže v obdobju 28 dni tendenco naraščanja.

Hidratizirani vzorci teh mešanic, ki dejansko predstavljajo vzorce drobno zrnatega betona

imajo zelo podobne tlačne trdnosti. Razlika tlačnih trdnosti po 28 dneh je za vzorec tip 2

večja za 5 % od tip 1. Iz priloženega grafa vrednosti tlačnih trdnosti – glej graf 3-7 je tudi

razvidno, da se na vzorcu z oznako tip 2, tlačna trdnost po 14 dnevih povečuje hitreje kot

pri tip 1. Za razlago tega pojava so prav tako potrebne dodatne preiskave.

Page 51: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 38

5 SKLEP

Glavni sklepi in ugotovitve opravljenih raziskav :

1. EFP, ki ostane pri izgorevanju rjavega premoga (EFP tip A) ima večji ostanek na situ

0,09 mm in manjšo specifično površino kot EFP, ki ostane pri izgorevanju

lignita (EFP tip B). Specifična površina cementa (CEM II/B-M(W-L) 42,5 N) je

enaka specifični površini EFP tip B in znaša 3790 cm2/g.

2. Gostota obeh EFP je manjša od gostote cementa, ki je 2,29 g/cm3 za EFP tip A znaša

2,0 g/cm3 ter EFP tip B 2,3 g/cm3.

3. Nobeden izmed preiskanih EFP, kot samostojno vezivo ni prostorninsko obstojen. V

primeru, da 30 % cementa nadomestimo z EFP (tip C, tip D) pa je vezivo

prostorninsko obstojno.

4. Na podlagi določitve standardne konsistence smo ugotovili, da je vodo-vezivno

razmerje pri EFP večje kot pri cementu. Vpliv EFP na konsistenco je potrebno

upoštevati predvsem pri vgajevanju betona, da ne pride do segregacije in do izločanja

vode na površini.

5. Pri delni nadomestitvi EFP z cementom je čas vezanja odvisen predvsem od lastnosti

cementa.

6. Na vzorcih izvedenih po standardu za preizkus upogibne in tlačne trdnosti, kjer smo

cement delno nadomestili s 30 % EFP (tip 1, tip 2), so tlačne trdnosti po 28 dneh

manjše za 30 % glede na referenco R, ki ne vsebuje pepela.

.

Page 52: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 39

6 PODATKI O ŠTUDENTU

6.1 Naslov študenta

Tjaša Gmajner

Ulica talcev 32

2312 Orehova vas

Mobilni telefon: 041-296-627

Elektronski naslov: [email protected]

6.2 Kratek življenjepis

Rojena: 11.10.1988

Šolanje: 1994-2003 Osnovna šola Franca Lešnika Vuka Slivnica

2003-2007 III. gimnazija Maribor

2007-2012 Fakulteta za gradbeništvo, Univerza v Mariboru

Page 53: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 40

7 LITERATURA IN VIRI

• A debate over disposal, 2010, Dostopno na:

<http://www.postgazette.com/stories/news/health/a-debate-over-disposal-277919/>

[5.5.2013]

• Ercegovič, R., Andrej, Z, Šušteršič, J 2010, 'Vpliv pomletosti elektrofiltrskega pepela

na razvoj tlačnih trdnostı̍' v zborniku »Beton 21. stoletja«: Zbornik referatov, Lipica,

str. 78-86.

• Ercegovič, R, Šušteršič, J, Zajc, A 2008, 'Uporaba elektrofiltrskega pepela v betonu' v

zborniku 9.slovenski kongres o cestah in prometu: Zbornik referatov, Portorož, str.

643-652

• Flay ash 2013, Wikipedija. Dostopno na: <http://en.wikipedia.org/wiki/Fly_ash >

[5.6.2013]

• Fu, Y, Ding, J, Beaudoin, J.J 1997, 'Expansion of Portland cement mortar due to

internal sulphate attack', Cement and Concrete Research, Vol. 27

• Gradiva-Veziva, Fakulteta za gradbeništvo

• Hidravlični zasip, Rudnik Trbovlje Hrastnik. Dostopno na:

<http://www.rth.si/index.php?id=2835> [10.7.2013]

• Jelušič, P, Lubej, S, Ivanič, A 2013, 'Odpornost betona z dodatkom reciklirane gume

proti zmrzovanju in tajanju'= Freeze-thaw durability of concrete with recycle tire

rubber and chemical admixtures, Gradbeni Vestnik, vol. 62, str. 124-130.

• Kočevar, H 1992, 'Vpliv pepela z odlagališča termolektrarne Trbovlje na okolje', v

zborniku Onesnaževanje in varstvo okolja, Zbornik: Geologija in tehnika za okolje,

Zavod za tehnično izobraževanje, Ljubljana, str. 93-99.

• Kuzmanović, S 2010, Vpliv šibkih mest v strukturi betona na njegovo odpornost proti

vdoru vode, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Diplomsko delo, Ljubljana

Page 54: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 41

• Odpadki od zgorevanja premoga v proizvodnji energije 2009, Agencija Republike

Slovenije za okolje. Dostopno na:

<http://kazalci.arso.gov.si/?data=indicator&ind_id=133> [5.6.2013]

• O cementu 2013, Lafarge. Dostopno na: <http://www.lafarge.si/> [10.7.2013]

• Pajk, U 2009, Vpliv različnih mlevnih dodatkov na lastnosti cementa CEM V/A (S-V-

P) 42,5N LH, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Diplomsko delo, Ljubljana

• Pogačnik, M 2007, Vpliv odlagališča elektrofiltrskega pepela termoelektrarne trbovlje

na okolje, Filozofska fakulteta-oddelek za geografijo, Diplomsko delo, Ljubljana

• Predavanje 3, Energija in okolje. Dostopno na :

<http://lab.fs.unilj.si/kes/energije_in_okolje/eo-predavanje-07.pdf> [15.7.2013]

• Prinčič, T, Golob, J, Stupi Šuput, J, Koglot, K, Cotič, Z 2010, 'Vpliv dodatka super

plastifikatorja in elektrofiltrskega pepela na lastnosti cementnih malt' v zborniku

»Beton 21. stoletja«: Zbornik referatov, Lipica, str. 48-57

• Predstavitev cementa - Klasik 2011, Lafarge. Dostopno na:

<http://www.lafarge.si/uploads/www.lafarge.si/Dokumentacija/Certifikati/klasik.pdf>

[6.8.2113]

• SIST EN 14227-4, Elektrofiltrski pepel za hidravlično vezane zmesi

• SIST EN 196-1:2005, Metode preskušanja cementa - 1. del: Določanje trdnosti

• SIST EN 196-3:2005, Metode preskušanja cementa - 3. del: Določanje časa vezanja

in prostorninske obstojnosti

• SIST EN 196-6:2010, Metode preskušanja cementa - 6. del: Določanje finosti

• SIST EN 197-1:2001, Cement – 1.del: Sestava, zahteve in merila skladnosti za

običajne cemente

• SIST EN 450, Elektrofiltrski pepel za beton

• Solina, R 2012, Uporaba reciklirane gume za proizvodnjo mrazoobstojnih betonov,

Fakulteta za gradbeništvo, Diplomsko delo, Maribor

• Šušteršič, J 2007, 'Doseganje posebnih lastnosti betona z dodatki ' v zborniku 14.

slovenski kolokvij o betonih: zbornik gradiv in referatov, Ljubljana, str: 9-19

• Termoelektrarna Trbovlje 2009. Dostopno na: <http://www.tet.si/si/> [10.7.2013]

• Tehnična mineralogija zapiski 2011. Dostopno na: <http://ebookbrowse.com/689862-

tehnicna-mineralogija-zapiski-doc-d186433370> [15.6.2013]

Page 55: FIZIKALNO MEHANSKE LASTNOSTI ELEKTROFILTRSKEGA … · • dolo čitev specifi čne površine z Blaine-ovim aparatom, • dolo čitev standardne konsistence, • dolo čitev za četka

Fizikalno mehanske lastnosti elektrofiltrskega pepela 42

• Tušar, M, Uporaba recikliranih materialov v cestogradnji, Zavod za gradbeništvo

Slovenije- Kemijski inštitut, Ljubljana

• Zvonko, C, Uporaba odpatkov v gradbeništvu– primeri iz prakse, Ljubljana 2012.

Dostopno na: <http://www.re-birth.eu/koledar-dogodkov/konference/?id=1>

[5.6.2013]