autoklawizowanego betonu komórkowego
9.1. Próba wykorzystania popiołów fluidalnych do produkcji betonu komórkowego
Wyniki prowadzonych prac dotyczących wykorzystania popiołów flu-idalnych w produkcji materiałów budowlanych przeprowadzonych przez autora skłoniły do podjęcia wstępnych badań nad możliwością wykorzy-stania popiołu fluidalnego jako składnika zestawu do wytwarzania au-toklawizowanego betonu komórkowego. W tym czasie były to w kraju doświadczenia pionierskie. Próbę przeprowadzono w skali technicznej w zakładzie prefabrykacji. W miejsce tradycyjnie stosowanych popiołów konwencjonalnych wprowadzono pewne ilości popiołu fluidalnego. Na rycinie 72 przedstawiono dyfraktogram użytego do badań popiołu flu-idalnego. Według analizy dyfraktometrycznej popiół zawierał kwarc, wę-glan wapnia, tlenek wapnia, anhydryt i hematyt.
– CaO
– hematyt, Fe2O3
– kwarc, SiO2
– anhydryt, CaSo4
– CaO3
Ź r ó d ł o: Badanie własne.
Ryc. 72. Dyfraktogram popiołów fluidalnych wykorzystanych do produkcji betonu komórkowego
W okresie stosowania popiołów fluidalnych zawartość części palnych wahała się od 9,57 do 6,57%. Zawartość ziaren przechodzących przez sito o boku oczka 0,063 mm wahała się od 55 do 63%. Na rycinach 73 i 74 przed-stawiono strukturę betonu komórkowego zawierającego, obok konwencjo-nalnego popiołu krzemionkowego, pewne ilości popiołu fluidalnego.
a b
Ź r ó d ł o: Badania własne.
Ryc. 73. Struktura betonu komórkowego: a – widoczne mikropory wytwarzane przez wodę uchodzącą z betonu komórkowego oraz makropory wytworzone
przez wodór i wypełnione podczas procesu technologicznego powietrzem, b – widoczne duże ziarno częściowo spalonego węgla wprowadzonego do betonu
komórkowego wraz z popiołem fluidalnym
a b
Ź r ó d ł o: Badania własne.
Ryc. 74. Struktura betonu komórkowego: a – widoczne ziarno gipsu oraz okrągłe ziarno popiołu fluidalnego, b – widoczne okrągłe ziarna popiołu
konwencjonalnego oraz faza C-S-H występująca w formie igiełkowej
Obserwując próbki betonu komórkowego przy małych powiększe-niach można zauważyć prawidłowe wykształcenie porów: widoczne są zarówno mikropory wytwarzane przez wodę uchodząca z betonu komór-kowego, jak i makropory wytworzone przez wodór i wypełnione podczas procesu technologicznego powietrzem. W obrazie mikroskopowym struk-tury betonu komórkowego widoczne są duże, porowate ziarna niespalo-nego węgla, które spowodowały obniżenie mrozoodporności betonu ko-mórkowego. Ziarenka nieprzereagowanego tlenku wapnia pochodzą od zastosowanego wapna o małej aktywności. Faza krzemianowa powstająca w wyniku hydratacji w warunkach hydrotermalnych została przekształ-cona w fazę tobermorytową, która jest typowym produktem hydratacji obecnym w strukturze betonu komórkowego.
a b
Ź r ó d ł o: Badania własne.
Ryc. 75. Struktura betonu komórkowego: a – pokrywająca ziarna popiołu uwodniona faza C-S-H, b – powiększenie z ujęcia a pokazujące tobermorytową strukturę
uwodnionej fazy po procesie autoklawizacji
a b
Ź r ó d ł o: Badania własne.
Ryc. 76. Struktura betonu komórkowego: a–b pomiędzy uwodnioną fazą C-S-H widoczne ziarna gipsu
Na rycinie 77 przedstawiono dyfraktogram próbki betonu komórko-wego zawierającego popiół fluidalny.
1000 [counts]
900
600
300 400 500
200
100
10 20 30 40 50 [•20] 60
0 700 800
– anhydryt – mullit – kwarc – tobermoryt
– kalcyt
Ź r ó d ł o: Badanie własne.
Ryc. 77. Dyfraktogram próbki betonu komórkowego zawierającego popiół fluidalny
Metodą rentgenograficznej analizy dyfrakcyjnej zidentyfikowano w próbkach betonu komórkowego tobermoryt oraz anhydryt, kwarc, mullit i kalcyt. Obecność tych związków potwierdzono również metodą termicznej analizy różnicowej. Występujący na krzywych DTA i DTG en-dotermiczny efekt w temperaturze 760°C związany jest z obecnością kal-cytu, niewielki efekt endotermiczny występujący w temperaturze 382°C pochodzi prawdopodobnie od uwodnionej fazy glinianowo-krzemiano-wej. Dodatkowo na podstawie dużego egzotermicznego piku z maksi-mum w temperaturze 485°C zidentyfikowano obecność niespalonego wę-gla, pochodzącego od wprowadzonych popiołów fluidalnych.
Wytrzymałości odlewów z betonu komórkowego (wartość średnia 3,2 MPa, wartość najniższa 2,4 MPa) nie pozwalają zaliczyć uzyskanego wy-robu do klasy wytrzymałości wyższej od 2. Gęstość betonu komórkowego zawierającego popioły fluidalne wskazuje na możliwości wyprodukowa-nia wyrobu marki 400, a nawet 500. Natomiast nie uzyskano wymaganej mrozoodporności, czego przyczyną było prawdopodobnie użycie popiołu fluidalnego o zbyt dużej zawartości niespalonego węgla. Można uznać, że w przeprowadzonej próbie, kierując się względami ekonomicznymi i wy-korzystując popioły fluidalne z najbliższej elektrowni, nie zastosowano popiołu odpowiedniej jakości. Niemniej jednak pokazano, że wykorzysta-nie popiołu fluidalnego jako składnika masy surowcowej do produkcji au-toklawizowanego betonu komórkowego jest możliwe, co wzbudziło duże zainteresowanie tym kierunkiem wykorzystania popiołów fluidalnych.
W świetle uzyskanych wyników wydaje się, że korzystne byłoby w tym celu wykorzystanie popiołów fluidalnych ze spalania węgla brunatnego, charakteryzującego się niskimi zawartościami części palnych i wysoką zawartością reaktywnego tlenku wapnia. Przedstawione powyżej wyniki badań własnych prowadzone były w Zakładach PREFABET Bielsko-Biała przy współpracy firmy UTEX. Nie zostały one dotychczas opublikowa-ne.
Badania nad zastosowaniem popiołów lotnych ze spalania węgli w ko-tłach fluidalnych podjęte zostały również w Instytucie Ceramiki i Mate-riałów Budowlanych obecnym Centrum Badań Betonów – Cebet przez Zapotoczną-Sytek. W wyniku wieloletnich badań i doświadczeń związa-nych z zagospodarowaniem popiołów lotzwiąza-nych do produkcji autoklawi-zowanego betonu komórkowego (ABK) zostały opracowane technologie pozwalające wykorzystać w produkcji ABK popioły zarówno ze spalania węgla kamiennego, jak i brunatnego. Z uwagi na duże ilości niewyko-rzystanego w pełni popiołu z węgla kamiennego o charakterze glinowo-krzemianowym uznano, że nie ma potrzeby zagospodarowania popiołów siarczanowo-wapniowych do produkcji betonu komórkowego. Jednak
pojawiające się znaczne ilości popiołów nowej generacji ze spalania węgla w kotłach fluidalnych spowodowały, że ponownie zwrócono uwagę na wykorzystanie popiołów siarczanowo-wapniowych w produkcji autokla-wizowanego betonu komórkowego.
Ź r ó d ł o: Badania własne.
Ryc. 78. Wyniki badań termoanalitycznych próbki betonu komórkowego zawierającego popioły fluidalne po procesie autoklawizacji
W latach 2007–2010 zespoły badawcze CEBET i Akademii Górniczo- -Hutniczej w Krakowie zrealizowały projekt badawczy rozwojowy (nr R 04 011 03) „Badania przydatności popiołów lotnych ze spalania węgla w kotłach fluidalnych do produkcji autoklawizowanego betonu komór-kowego (ABK)”. W jego wyniku opracowano innowacyjną technologię wytwarzania autoklawizowanego betonu komórkowego energooszczęd-nego, przyjaznego dla środowiska naturalnego materiału budowlanego z zastosowaniem popiołów lotnych nowej generacji.
Przeprowadzone przez cytowanych [54] autorów badania wykazały, że popioły fluidalne mogą również znaleźć zastosowanie do produkcji ABK. Małe wytrzymałości przy zwiększonym udziale popiołu fluidalne-go powyżej 40% autorzy tłumaczą powstawaniem krystalicznych form
hydrogranatów, przy jednoczesnym zmniejszeniu ilości tobermorytu i fazy C-S-H.
Wprowadzany wraz z popiołem fluidalnym anhydryt pozostaje w be-tonie komórkowym; niewielka część anhydrytu może przechodzić w gips dwuwodny. W konsekwencji, zastępując popioły konwencjonalne popio-łami fluidalnymi, można dokonać odpowiedniej korekty składu surowco-wego (zmniejszyć ilość wprowadzanego odrębnie gipsu). Wraz ze wzra-stającym udziałem popiołów fluidalnych zmienia się natura podstawowej fazy wiążącej – C-S-H przyjmuje pokrój bardziej włóknisty, mniej jest faz żelowych W podsumowaniu autorzy [54] wskazują na problemy związa-ne z jednorodnością składu chemiczzwiąza-nego popiołów fluidalnych mogących znaleźć zastosowanie w produkcji autoklawizowanego betonu komórko-wego. Podkreślają jednocześnie konieczność prowadzenia długotermino-wych obserwacji takiego betonu w różnych warunkach środowiska [54].