Popiół lotny hutniczy jako nowy dodatek do betonów

(1)

Edward Pichocki

POPIÓŁ LOTNY HUTNICZY JAKO NOWY DODATEK DO BETONÓW

S tr e sz c z e n ie . W arty k ule przedstaw iono efek ty stosow ania lotnego popiołu h utniczego, pow stają

cego przy p ro d u k cji żelazokrzemu, do wytwarzania lek k ich betonów z łupkoporytu. Nie stosowany do

tychczas lo tn y p o p ió ł hutniczy wpływa na znaczne popraw ienie w łaściw ości m ieszanki betonowej i be

tonu stw ard n iałeg o . Dodatek tego popiołu do be

tonów umożliwia stosow ania nieprzydatnych dotych

czas gru b o ziarn isty ch popiołów lotnych energe

tycznych oraz pozwala na zaoszczędzenie 35t40$

i l o ś c i cementu w b e to n ie.

1 . Wstęp

Ogólnie wiadomo, że jednym z podstawowych dodatków do lekk ich beto

nów kruszywowych s ą p o p io ły lo tn e , których zadaniem j e s t poprawienie w łaściw ości św ieżej m ieszanki oraz b eto m stw ard n iałeg o . Ja k dotych

c z a s , badan ia w tym za k re sie prowadzone były w yłącznie pod kątem wyko

r z y s ta n ia lotnych popiołów energetycznych, pow stających podczas sp a la n ia węgla w p alen isk ach pyłowych. Praktyka dowodzi jednak, że stosow a

n ie tego rod zaju popiołów do betonów lekkich n ie zn ala zło pełnego ro z

w iązan ia, a r e z u lta ty ic h stosow ania s ą różn e.

Jednym z czynników u tru d n iający ch sz ero k ie wykorzystanie lotnych po

piołów energetycznych do p ro d u k cji betonów j e s t n ie sta b iln o ść ic h wła

śc iw o ści fizykochemicznych. Szczególne znaczenie n ależy ;u p rzy p isać u ziarn ie n iu popiołów, które w z ale ż n o ści od indywidualnych d la każdegc p a le n isk a parametrów s p a la n ia oraz od stan u technicznego i rod zaju u - . ządzeń odpylających zmienia s i ę w c z a s ie , w bardzo szerokim p rzed zia

(2)

22

Edward Pichocki

l e , i w związku z tym wywiera różny wpływ na w łaściw ości be

tonów £ i j .

W poszukiwaniu nowych rozwiązań w z ak resie stosow ania popiołów l o t nych dc betonów zwrócono uwagę na inne rod zaje popiołów lotnych . Je d nym z nich je s t n iż e j przedstaw iony p o p ió ł lo tn y hutniczy.

2 . Charakterystyka lotnego -popiołu hutniczego

P o piół lotny hutniczy je s t odpadem przemysłowym, powstającym przy p ro d u k cji żelazo-krzemu w p iecach łukowo-oporowych.

Znamienną cechą składu chemicznego popiołu hutniczego je s t wysoka zaw artość krzemionki SiOg oraz znikome i l o ś c i tak ich składników jak CaO i MgO. Isto tn ą jednak w łaściw ością tego popiołu je s t rzadko spo

tykany sk ła d granulometryczny, w którym u d z ia ł z ia m o średnicy mniej

s z e j od 5 ^ wynosi około 50^%. Badania rentgenograficzne i mikroskopo

we wykazały, że ziarn a p o p iołu ch araktery zu ją s i ę bogato rozw in iętą po

w ierzchnią, natom iast sama krzemionka p o siad a sła b o uporządkowaną s ie ć k ry sta lic z n ą j~5~j. Tak więc p o p ió ł lo tn y hutniczy, w porównaniu z l o t nymi popiołam i energetycznymi, p o siad a odmienne cechy fizykochem iczne.

W łasności popiołów porównano w t a b lic y 1 oraz na rysunku 1 .

T ab lic a 1

Lp. Cecha p o p iołu

lotnego Jed n .

Rodzaj Dooiołu lotnego hutniczy

% H

energetyczny drobny

*E 1

gruby

*E 2

1 2 "'“ 3 4 5 S

1 s i o 2 % 88,55 48,10 51,41

2 A12°3 ^% 0,90 27,40 29,78

3 Fe2° 3 % 2,01 5,58 7,78

A CaO % 0,88 5,17 4,36

5 MgO % 0,15 3,31 2,11

6 S ° 3 % 1,03 1,12 0,82

7 S tr a ty p rażen ia % 4,02 3,83 3,52

(3)

cd . t a b lic y 1

1 '

3

⁴ 5 6

a Powierzchnia wła

ściwa cm2/ g 24000 5670 2220

9 Zawartość z ia rn

< 6 0 ^ ^Cfn^/O 97,60 75 ,8 3 6 ,0

10 G ęstość gatunkowa g/cm 2,19 2, f i

3 . Metodyka badań

Badania przy d atn o ści lotnego popiołu hutniczego, jako dodatku do betonów, wykonano między innymi na zwartym betonie z łupkoporytu marki

"140" k o n sy sten cji g ę s to p la s ty c z n e j. Założony sk ład na 1 ^w betonu d la g ę s t o ś c i pozornej 1750 w ynosił: łupkoporyt (50% 0f5 mm, 25% 5f10mm,

m

25% 10f20mm) ~ 1000 kgj cement po rtlan d zki "350" - 270 kg| p o p ió ł l o t

3

(4)

94 Edward Pichocki

ny - 200 kgj woda - około 280 1, przy czym i l o ś ć wody dobierano indy

w idualnie d la każdej m ieszanki»

Do betonów stosowano t r z y ro d zaje popiołów - p o p ió ł lo tn y hutniczy oraz dwa po pioły lotn e energetyczne i i # E2 o różnym u z ia r- n ie n iu j ich w łaściw ości fizykochemiczne podaje t a b lic a 1 oraz r y s . 1 . W szystkie betony wykonano w oparciu o wyżej założoną recep tu rę,p rzy za

chowaniu s t a ł e j p ro p o rc ji składników. Pod względem stosowanych w bada

n iach kombinacji popiołów, betony podzielono na 4 zasadnicze rod zajes a ) betony z popiołem energetycznym lub ® E2l

b ) betony z popiołem hutniczym

#„1

_XI

c ) betony ja k w a ) , le cz z domieszką popiołu hutniczego

d ) betony ja k w a ) , w których

50

% cementu zastąpion o popiołem hutni

czym Jfjj.

4 . Betony zwarte z łupkoporytu

W op arciu o przedstawiony sposób postępowania wykonano ponad 30 mie

szanek betonowych. W t a b lic y 2 podano sk ła d n ik i na t n ? d la n ajbar

d z ie j charakterystycznych mieszanek w poszczególnych grupach betonów:

grupa " a " - betony A i Bj grupa "b " - beton C, grupa " c " - betony D i E j grupa "d " - betony F i G.

Wyniki badań betonów stw ardniałych w z ak re sie wytrzymałości na ś c i sk an ie (7 ,2 8 i 90 d n i) oraz n asią k liw o śc i zestawiono w t a b lic y 2 ,

5 . Omówienie wyników badań

Na podstawie'przeprowadzonych badań stw ierdzono:

- betony bez dodatku lotnego popiołu hutniczego wykonane z udziałem p opiołu energetycznego ^- w porównaniu z betonami wykonanymi z udziałem popiołu - p o sia d a ły dużo gorsze w łaściw ości techniczne, objaw iające s i ę zmniejszoną wytrzymałością' na śc isk an ie oraz zwięk

szoną n a sią k liw o ścią j

- dodatek lotnego popiołu hutniczego do betonów wykonanych z udziałem popiołu energetycznego

$

Powoó.uje, że w łaściw ości techniczne tych betcnów znacznie przew yższają w łaściw ości betonów wykonanych na po-

(5)

Tablica ^'O¹^{'t o d}c ? O t i f i ? O

a s $

OJ

C - O J CO O J i - t " OJ

o -a- o o o- co <r>

0⁾

43O

'10

S ' O 'to wo

f ? +>

£

O

cr> -

O 05 v o c*5 (D t - v d

CO -3- CD CO VD C A O

*— t— T— ł — O J C\J OJ

o

o32 05

c o o 05 U5 C \ 05 CO CO

• ł r - ^ r t ~ IT>

r - » - r - r - OJ t - t—

r~- 05

r - 05

CO t - 05 05 CO *«S- O

O CO O J C5 05 O J t -

1 i i

1 « 1 a>* O +- u p , a I

° i P i o

•h a, a

i i f O N d © p g +> *H W

O f i

o 1610 1490 1640 1550 1600 1570 1510

'O'W o - p m s

d T - a id C « f i r v h •« 3 ^F3

O <D N n *H ta fc5

o *i © M

0^**

1770 1670 1760 1700 1750 1680 1640

r ''B

i

+>

I

T l

1

a l ^COî~-^CM ^{O J}⁰⁵^co ^©^{t o}ÔJ ¹^{r -}^CMÂ ^(M^{r -}ÔJ ^{f -}^{o -}ÔJ ^{t -}ÔJ^co

rM © > , K ) S 6D C

• H K f i H

P* i H © +»

U ' «»5 0- ŁT5 05 « -

O t O 1 O - 05 C5 CO

O J x— x - x - r - r -

rV(

• *r*G

g P i

5*

o

f i "ęj +» p

O 4-' f 1 | O x - O CM V£> CO O J 05 CM -«J-

O J r - T -

toa 5 b g &

C" 05 CM x- cm CM 05

t ~ C5 0- U> 0- O J CM

CM O J CM CM CM x - r~

oI

§ >

p w ^{t l)} ^{t \ l} 2J CO IT5

O r5 O v£> O U5 CM

C 05 O C . O 05 CJ5

Syn- bol be tonu

- < ^{f P} ^O « ^M ^P« ^C5

(6)

S i

Edward Pichocld.

p ie le energetycznym ^ - zarówno pod względem wytrzymałości na ś c i sk a n ie , ja k i n asiąk jd w o śc ij

- z a stą p ie n ie cementu lotnym popiołem hutniczym w i l o ś c i do 50$, przy niezmienionym u d z ia le lo tn ego popiołu energetycznego w betonach, po

woduje p rz y ro st w ytrzym ałości betonów od 25430$ - w zależn o ści od u - z ia r n ie n ia zastosowanego popiołu energetycznego

- dodatek lotnego p o p io łu hutniczego w określonych ilo ś c ia c h [ 6 j powo

duje znaczne p o lep szen ie u ra b ia ln o śc i m ieszanki betonowej pod warun

kiem, że o b ję to ść popiołu hutniczego n ie przekroczy ja m isto śc i sto su cementowo-popiołowego•

Z powyższych rozważań wynika, że. u d z ia ł lotnego p o p io łu hutniczego w betonach wpływa bardzo k orzy stn ie zarówno na w łaściw ości św ieżej mie

sz a n k i betonow ej, ja k i na w łaściw ości betonu stw ard n iałego.

Przyczyna tych zjaw isk tkwi w bardzo drobnym u z ie m ie n iu popiołu hut

n iczego oraz w bogatym rozw in ięciu powierzchni z ia m , które t o cechy, wespół z wysoką zaw artością krzemionki oraz j e j bezpostaciow ą budową cząsteczkow ą wpływają na zmianę fizycznych i chemicznych oddziaływań C3] zachodzących w betonach. Vtysoka zaw artość z ia m mniejszych od 5^x w p o p ie le hutniczym powoduje wzrost oddziaływań fizycznych w s z k ie le c ie d z ię k i u szcze ln ie n iu s t o s u ziarnowego s z k ie le tu w szerokim z a k r e s ie ,t o j e s t w z a k re sie sto su cementowego oraz sto su cemerrtowo-popiołowego.

Znaczna zaw artość krzemionki o bezpostaciow ej stru k tu rz e w p o p iele hutniczym wpływa na wzrost oddziaływań fizykochemicznych w s z k ie le c ie i w warstwie stykow ej na sk u tek z a is t n ie n ia zjaw isk a znacznego rozpusz

c z a n ia powierzchniowego z i a m popiołu hutniczego , wchodzących w r e a k c je z Ca(0H)2 .

In te n sy fik a c ja oddziaływań fizycznych i chemicznych w c z a sie wiąza

n ia oraz tw ardnienia betonów z dodatkiem lotnego popiołu hutniczego prowadzi w konsekwencji do znacznego zm niejszenia porow atości stru k tu r a ln e j betonu, a co z a tym id z ie - do zw iększenia jego wytrzymałości mechanicznej oraz zm n iejszenia n a sią k liw o śc i. Zmiany oddziaływań f i z y kochemicznych spowodowane udziałem lotnego p o p iołu hutniczego w beto

nach lek k ich pozw alają na zm niejszenie zużycia cementu na 1 nr* betonu

(7)

p o n iż e j określonego minimum

m .

bez uszczerbku d la ich końcowych wła

ściw o ści technicznych.

D alsze badania s ą w to k u .

6 . Wnioski

P o p ió ł lo tn y hu tniczy pow stający przy p ro d u k cji żelazokrzemu j e s t pełnowartościowym dodatkiem do betonów - znacznie przewyższającym pod tym względem w łaściw ości lotnych popiołów energetycznych.

U d ział lotnego popiołu hutniczego w betonach z lotnym popiołem ener

getycznym powoduje in te n sy fik a c ję oddziaływań fizykochemicznych w cza

s i e w iązan ia i tw ardn ien ia. W wyniku tych z ja w isk uzyskuje s i ę zwięk

sz e n ie u ra b ia ln o śc i m ieszanki betonowej oraz znaczne p o lep szen ie pod

stawowych w łaściw ości betonu stw ard n iałeg o .

Wykorzystanie lotnego p o p io łu hutniczego do p ro d u k cji zwartych b eto

nów izolacyjno-konstrukcyjnych umożliwia stosow anie do betonów n ie przydatnych dotychczas gru b o ziarn isty ch popiołów lo tn y ch en ergetycz

nych oraz pozwala na zaoszczędzenie 354-4 C$ i l o ś c i cementu w b e to n ie , co w konsekwencji prowadzi do zm n iejszen ia g ę s t o ś c i pozornej betonu i je g o przewodności c ie p ln e j'.

LITERATURA

1 . S . B a stia n , M. Gruner - Wpływ ja k o ś c i p o p iołu na cechy tech n olo gicz

ne zaczynów i zapraw cementowych. Cement Wapno G ips, 3/1961.

2 . W. Roszak - Technologia betonów z kruszyw lekkich.« Arkady. Warsza

wa, 1970.

3 . H, Krause - Wpływ u z ia r a ie n ia lotnych popiołów energetycznych na pod

stawowe w łaściw ości zaczynów oemsntowo-t opiołowych. Zeszyty Naukowe P o lite c h n ik i Ś l ą s k i e j . Budownictwo nr 3 0 .

4 . A. Paprocki - Betony komórkowe. Arkady. Warszawa, 1966,

5 . H. K rause, E . P ichocki - Pucolanowe w łaściw ości popiołu lotnego hut

n iczego . Cement Wapno Gips - w druku,

(8)

98 Edward Pichockl

6 . H. Krause, E. Pichockl - Sposób wytwarzania zapraw i betonów z do

datkiem popiołów lotn ych . Warszawa. ’Wniosek patentowy P-153723.

7 . W. Roszak - P ro jek t normy "Beton le k k i z porowatych kruszyw sz tu cz

nych". In ż y n ie ria i Budownictwo, 3/1972.

KTy4Aii MŁTAJIJlyPniHECKAH. 30J1A KAK HOflAil flO BABKA K EŁTOHy

P e

3

b u e

B c T a n e n p e a c T a B J i e H H B ^ e i c r n n pH M e H eH H a n e T j n i e i i M e T a J u i y p r i i M e c K o i ł s o j i h

B

03

**HHKauiueit npH npoH3BOicTBe Kejieso —KpeBHHH jjis n3roTOBJreHMH aërK*x**

6

eTo-

h o b

aa arJiouepr.poBaHHUM

yrJiHCTMM c j i a H n e .

He npmieHaeMaa ao

o k x

nop aeTy-

iiaa ueTajuiyprHuecKaa 30Jia BjusaeT

n a

3Ha«nTejibHoe yaymnewie

c b o S c t b 6

eTOH-

h o h

cMecH u

3

BTBepiesmero SeTOHa. ÆoôaBKa

3 t o S

30AH k deTOHy noBBoaaeT

n p u s i e H f l T b H e n p K r o j X H u e

ao eux

^{n o p}

KpynH03epHHCTbie SHepreTUBecKae aeTy^He

^30-

j i h ,

a Tairate

no3BO JiaeT c s k o h o m m t ł r o

35f40%

u e n e H T a b

ôetOHe.

HUTTENPLUGAS CHE AIS NEUE ZUGABE ZUR BETONHERSPELLUNG

Z u s a m m e n f a s s u n g

Im A rtik e l wurden Anwendungseffekte der H ü tten flugasch e,die b e i der E ise n -S iliz iu m Erzeugnung a u f t r i t t , zur H erstellun g le ic h te r Betone aus A ggloporit d a r g e s t e l l t . D iese Plugasche, d ie b ish e r keine Anwen

dung gefunden h a t, übt einen gro ssen E in flu ss au f die Q u a litätsv e rb e s

serung der Betonmischung und des B etonsteins a u s. Die Zugabe der Hüt

ten flu gasch e zur B etonh erstellun g erm öglicht die Anwendung ungebrauch

t e r grober K om ungsanteile en ergetisch er Plugasche zur B eton h erstel

lung und fü h rt zu Einsparung d er Zementmenge im Beton b is zu 35t40$.