Woda szlamowa z urządzeń recyklingowych w produkcji betonu właściwości i możliwości ponownego wykorzystania

(1)

Streszczenie

Norma regulująca przydatność wody zarobowej stosowanej do produkcji mieszanki betonowej klasyfikuje kilka rodzajów wód, które muszą najpierw przejść ocenę wstępną, a później w zależności od wyniku, spełnić wymagania badań chemicznych lub wymagania dotyczące czasu wiązania wraz, z wytrzymałością na ściskanie po 7 dniach dojrzewania.

Wyjątkiem od reguły jest woda pitna (wodociągowa) którą można stosować bez prze- prowadzenia wymaganych badań.

W dzisiejszych czasach, gdzie duży nacisk stawia się na ochronę środowiska, wtórne wykorzystanie surowców staje się bardzo powszechne i nie tylko z uwagi na ekologię, ale i redukcję kosztów procesów produkcji. Każda nowoczesna wytwórnia betonu towarowego wyposażona jest w urządzenie służące do recyklingu resztek mieszanki pozostałej po wyładunku betonomieszarki, czyli odseparowania zaczynu wodno-cementowego od kruszywa. Z uwagi na powyższy proces w specjalnym zbiorniku gromadzona jest wg normy PN-EN 1008:2002 tak zwana „woda odzyskana z procesów produkcji betonu”

która zawiera materiał stały w postaci mieszaniny różnych cementów, dodatków typu I i/lub II, domieszek jak i wypłukanych drobnych frakcji kruszywa.

W referacie przedstawiono wyniki badań chemicznych i trwałościowych wg normy PN-EN 1008:2002 które wykazały duże stężenie alkaliów w porównaniu do innych substancji chemicznych takich jak: cukry, fosforany, chlorki, siarczany, azotany, ołów i cynk.

W związku z powyższym producent bez świadomości o wysokiej zawartości tlenku sodu może spowodować zagrożenie uszkodzenia elementu betonowego. Wskazują na to wstępne badania wytrzymałości na ściskanie, gdzie przyrost wytrzymałości próbek wykonanych z wodą mieszaną w porównaniu do próbek wykonanych na wodzie desty- lowanej, wyniósł prawie 30%. Dlatego w referacie omówiona została klasyfikacja wód, rodzaj i wyniki badań, jak i ograniczenia w jej stosowaniu oraz dozowaniu do mieszanki betonowej, w celu przybliżenia metodyki normowania tego surowca na wytwórniach betonu towarowego.

inż. Paweł Gałan – Prodbet Sp. z o.o.

Woda szlamowa z urządzeń recyklingowych w produkcji betonu – właściwości i możliwości ponownego wykorzystania

Sludge water from recycling deviceS in production of concrete – properties and reusability

(2)

994 dni betonu 2021

Abstract

The standard regulating the suitability of mixing water used for the production of concrete mix classifies several types of water, which must first undergo an initial assessment, and then, depending on the result, meet the requirements of chemical tests or requirements regarding setting time together with compressive strength after 7 days of ripening. An exception to the rule is potable (tap) water that can be used without the required tests.

Nowadays, where great emphasis is placed on environmental protection, re-use of raw materials is becoming very common – not only because of ecology but also the reduction of production process costs. Each modern ready-mixed concrete plant is equipped with a device for recycling the remains of the mix left after unloading the concrete mixer, i.e.

separating the water-cement slurry from the aggregate. Due to the above process, a spe- cial tank is collected according to PN-EN 1008: 2002, the so-called „water recovered from concrete production processes” which contains solid material in the form of a mixture of various cements, type I and / or II additives, admixtures and washed out fine aggregate fractions.

The paper presents the results of chemical and durability tests according to PN-EN 1008: 2002 which showed a high concentration of alkali compared to other chemical sub- stances such as sugars, phosphates, chlorides, sulfates, nitrates, lead and zinc.

Therefore, the manufacturer, without being aware of the high sodium oxide content, may cause a risk of damage to the concrete element. This is indicated by preliminary compressive strength tests, where the increase in strength of samples made with mixed water compared to samples made on distilled water was almost 30%. Therefore, the paper discusses the classification of waters, the type and results of tests, as well as the restrictions on its use and dosing into the concrete mix, in order to approximate the methodology for the standardization of this raw material at ready-mixed concrete plants.

(3)

1. Wprowadzenie

Biorąc pod uwagę współczesny nacisk na ochronę środowiska oraz duże koszty regu- larnej utylizacji odpadów poprodukcyjnych, większość wytwórni w Polsce wyposażona jest w urządzenia recyklingowe, służące separowaniu resztek mieszanki betonowej na dwa surowce: kruszywo (drobne i grube); wodę zawierającą różne cementy, dodatki typu I i\lub II, domieszki oraz drobne frakcje kruszywa. Norma PN-EN 206+A1:2016-12 [1] w rozdziale 5.1 „podstawowe wymagania dotyczące składników” uwzględnia oba składniki w produkcji betonu towarowego, warunkiem w przypadku wody zarobowej jest jej zgodność z normą PN-EN 1008:2002 [2].

Nadmieniony dokument szczegółowo klasyfikuje i rozróżnia rodzaje wód stosowanych w procesie produkcji, do których należy woda z odzysku. Norma [2] poświęca w całości załącznik A, instruując producenta z wymaganych badań i oceny przydatności surowca do celów produkcyjnych. Dogodny zapis, z uwagi na gromadzoną dużą ilość powyższego odpadu w przeciągu jednego dnia produkcji wytwórni [3], brak możliwości dozowania spowodowałby spore utrudnienia w utrzymaniu czystości sprzętu mobilne- go, ale również terenu fabrykanta, który na bieżąco musiałby utylizować zgromadzony materiał i ponosić dodatkowe koszty. Pomimo korzystnego zapisu, wprowadzenie do obrotu takiego asortymentu nie jest łatwe, ponieważ trzeba wykazać szereg wymaganych badań potwierdzających jego przydatność. Nie można zapomnieć o dzisiejszych przepisach prawa, które zobowiązują producentów betonu towarowego do posiadania krajowego certyfikatu zgodności zakładowej kontroli produkcji w systemie oceny 2+, w związku z tym wszystkie surowce wykorzystywane w produkcji betonu, muszą posiadać udoku- mentowaną stosowalność popartą deklaracją lub wynikami badań.

Pierwszym krokiem na drodze udowodnienia przydatności wody z odzysku są badania wstępnej oceny, sprawdzającej zawartość wg wyszczególnionych w normie PN-EN 1008 [2] procedur niepożądanych substancji, takich jak: oleje i tłuszcze, detergenty, kwasy (odczyn pH) substancje humusowe, a także zawiesiny i zapach. Te dwie ostatnie cechy odnoszą się do wód z innych źródeł oraz do wód ze źródeł sklasyfikowanych do których zalicza się woda z odzysku, warto uszczegółowić rozgraniczenie zważywszy na inne wymagania. Koncentrując się na źródłach sklasyfikowanych, wstępna ocena zawiesiny musi spełniać wymogi załącznika A rozdział 4 [2], natomiast zapach wody, musi spełniać wymóg – bez zapachu lub podobny do wody pitnej z lekkim zapachem cementu oraz lekkim zapachem siarkowodoru pochodzącym od żużla wielkopiecowego. Warunkiem uzyskania pozytywnego wyniku wstępnej oceny jest spełnienie wszystkich powyższych wymagań, w tej sytuacji należy przeprowadzić badania chemiczne obejmujące zawartość chlorków, siarczanów, alkaliów w przeliczeniu na tlenki sodu oraz zanieczyszczenia szkodliwe. W przypadku wyniku negatywnego wykonuje się badania pod kątem czasu wiązania i wytrzymałości na ściskanie. Metoda polega na porównaniu wyników próbek wykonanych z wodą destylowaną lub dejonizowaną, do próbek wykonanych z wodą odzyskaną lub innych źródeł. Postawione kryteria przez normę [2] odnośnie początku czasu wiązania, nie powinien być krótszy niż 1 godzina i różnić się o więcej niż 25%, w porównaniu do wyniku próbek z wodą destylowaną lub dejonizowaną. Analogicznie jest z czasem końca wiązania, który nie powinien być dłuższy niż 12 godzin i nie powinien różnić się o 25% od wyniku z wodą destylowaną lub dejonizowaną. Kwestia wytrzymałości na ściskanie, to średnia wyników po 7 dniach próbek betonu lub zaprawy wykonanych z badaną wodą, powinna wynosić minimum 90% średniej wytrzymałości, uzyskaną na próbkach przygotowanych z wodą destylowaną lub dejonizowaną. Należy tu podkre-

(4)

996 dni betonu 2021

ślić, powyższe rozwiązanie nie uwzględnia sprawdzenia ilości jonów chlorków (Cl^-), jak w badaniu chemicznym, potrzebnym do określenia i zadeklarowania odpowiedniej klasy zawartości chlorków w betonie wg PN-EN 206 [1], dlatego trzeba wykonać je dodatkowo.

Norma PN-EN 1008 [2] wyróżnia prócz wody z odzysku, wodę mieszaną – połączenie wody z innych źródeł z odzyskaną – istotny zapis z uwagi na fakt możliwości stosowania wody z odzysku jako wody zarobowej, dozowanej w 100% do mieszanek betonowych przeznaczonych na elementy zbrojone. Jednakże taka wartość może ograniczyć utylizację, z uwagi na gęstość wody z odzysku, zawierającej materiał stały oraz wytycznych specy- fikacji redukującej albo zabraniającej dozowanie tego typu składnika. Tutaj pojawia się jeszcze jeden możliwy problem, mianowicie obydwa rodzaje wód podlegają oddzielnym badaniom, taka okoliczność w razie niespełnienia wymagań wstępnej oceny wody z odzysku, może być kłopotliwa z uwagi na fakt przygotowania próbek, wg normy PN-EN 196-3 [4] „oznaczenie czasów wiązania i stałości objętości” gdzie częścią badania jest ustalenie konsystencji normowej. Woda recyklingowa to mieszanina różnych składników z produkcji betonu, zawierająca substancje chemiczne o różnym stężeniu, mające wpływ na właściwości betonu, poza tym, różna jej gęstość, znacznie wpływa na wodożądność mieszanki, jak wykazano w niniejszym referacie. Skutkiem tego, badanie czasu wiązania i wytrzymałości wykonane z wodą recyklingową jako zarobowa, mogą nie spełnić kryte- riów podanych w normie [2], przez co surowiec nie będzie nadawać się do produkcji. W tej sytuacji należy zmieszać wodę recyklingową z czystą wg wewnętrznej procedury i pod- dać ją jeszcze raz badaniu. W artykule przedstawiono wyniki badań chemicznych wody z odzysku, która przeszła pozytywnie wstępną ocenę, dlatego można było kontynuować dalszy etap badań, jednak ocena czasu wiązania i wytrzymałości została przeprowadzona na wodzie mieszanej (czysta z odzyskaną wg wewnętrznej procedury dozowania opisa- nej w dalszej części tekstu). Działanie podyktowane jest dokładniejszą analizą substancji chemicznych, zawierających się w wodzie recyklingowej i lepszym zobrazowaniem jej wpływu na właściwości mieszanki betonowej jak i samego betonu. Dlatego najlepszym rozwiązaniem dla producenta, jest właśnie woda mieszana w rozumieniu – woda czysta z odzyskaną. Norma [2] w załączniku A rozdział 3, wymienia ograniczenia stosowania wody odzyskanej z procesów produkcji lub mieszanej:

1. Dodatkowa masa materiału stałego w betonie wynikająca z użycia wody odzyskanej z procesów produkcji betonu powinna być mniejsza niż 1% (m/m) całkowitej masy kruszywa zawartego w betonie.

2. Jeśli istnieją specjalne wymagania dotyczące produkowanego betonu, powinien być uwzględniony możliwy wpływ zastosowania tego rodzaju wody, np. w betonie archi- tektonicznym, sprężonym, napowietrzonym oraz narażonym na działanie agresywnego środowiska, itp.

3. Ilość zużywanej odzyskanej wody powinna być rozłożona tak równomiernie, jak to możliwe w ciągu dziennej produkcji.

Wyszczególnione warunki dotyczą zastosowania i wpływu wody z odzysku na typ betonu/elementu wg punktu 2, natomiast punkt 1 i 3 skupia się na jej zawartości oraz dozowaniu do mieszanki betonowej. Dwa ostatnie punkty mają duże znaczenie dla producenta betonu, wspomniana wcześniej zalecana woda mieszana, tworzy się pod czas dozowania składników na zarób, w tym wypadku fabrykant musi posiadać rozbudowaną procedurę i instrukcję, chroniącą przed przekroczeniem masy materiału stałego wyno- szącą 1% (m/m). Rozważając wymaganą dokumentacje powiązaną z normą PN-EN 1008 [2], producent zobowiązany jest do codziennego przeprowadzania badania gęstości (np.

(5)

areometrem), w czasie, kiedy woda recyklingowa pobierana ze zbiornika ma największą gęstość. Co ważniejsze, uzyskany wynik wskazuje zawartość masy materiału stałego na podstawie tabeli 1, dzięki czemu można ustalić jej dozowanie na m³ mieszanki, nie przekraczając obostrzeń podanych w normie [2].

Tabela 1. Materiał stały w wodzie Gęstość wody

(kg/l) Masa materiału stałego

(kg/l) Zawartość wody zarobowej (l/l)

1,02 0,038 0,982

1,03 0,057 0,973

1,04 0,076 0,964

1,05 0,095 0,955

1,06 0,115 0,945

1,07 0,134 0,936

1,08 0,153 0,927

1,09 0,172 0,918

1,10 0,191 0,909

1,11 0,210 0,900

1,12 0,229 0,891

1,13 0,248 0,882

1,14 0,267 0,873

1,15 0,286 0,864

Nawiązując do procedury i instrukcji, należy zwrócić uwagę na zapis w powyż- szym dokumencie dotyczący projektowania „gęstość wody odzyskanej wraz z mieszaną powinna być uwzględniona przy projektowaniu mieszanki betonowej”. Pomimo jasno- ści w adnotacji z praktycznego punktu widzenia może skomplikować producentowi w utworzeniu jednolitej procedury czy instrukcji, ze względu na niejednorodność wody z odzysku, a w konsekwencji dziennej ewaluacji dozowania uzależnionej od gęstości.

Zważywszy na ten fakt, można pomyśleć, że producent powinien w badaniach typu, dla prawie każdej recepty określić ilość dozowanej wody, procentowo lub masowo, oraz uwzględniać wodę o różnych gęstościach (moim zdaniem jest to bardzo czasochłonne i kłopotliwe, ponieważ dla jednej recepty, należałoby wykonać np. 14 zarobów dla każdej gęstości podanej w tabeli 1, a działających recept na wytwórniach, jest sporo).

Omówiony wyżej „kłopot”, wymusił opracowanie innego podejścia, skupiającego się na wcześniej zdefiniowanej wodzie mieszanej, uwzględniając w badaniach typu najwyższą gęstość, podaną w tabeli 1 (1,15kg/l) wg wewnętrznej procedury i instrukcji. W których maksymalne dozowanie wody recyklingowej, wynosi 60kg/m³. Podana wartość została obliczona na podstawie ograniczenia zawartości masy stałej w punkcie 1, wynosząca mniej niż 1% (m/m). Precyzując, masa stosu okruchowego w receptach przeważnie sięga 1900kg/m³, zgodnie z powyższym rygorem do obliczeń przyjęto bezpieczną wartość 18kg/

m³ materiału stałego, tak więc, należy 18kg/m³ podzielić przez 0,286 (masa materiału stałego wg tabeli 1) równa się 62,9kg/m³ (maksymalne dozowanie wody z odzysku do mieszanki betonowej pod czas zarobu).

(6)

998 dni betonu 2021

2. Założenie projektu

Niniejszy referat przedstawia okoliczność, jaka została wykryta przed wprowadzeniem do obrotu surowca, ze względu na zakładową kontrolę produkcji i normę PN-EN 1008 [2]. Pobrane w odstępie miesiąca trzy próbki, w celu potwierdzenia braku zmienności składu, uwidoczniły w badaniach chemicznych duże stężenie alkaliów w przeliczeniu na tlenki sodu (NaO₂), przekraczające dopuszczalną granice wynoszącą 1500mg/l. W zakresie kontroli produkcji, dodatkowo wykonano badania czasu wiązania [4] i wytrzymałości [5], celem sprawdzenia wpływu na rozwój wytrzymałości. Wyniki potwierdziły przypusz- czenie znacznego przyrostu wytrzymałości, w pierwszych 7 dniach dojrzewania betonu w porównaniu do wyników uzyskanych z wodą dejonizowaną. Stosowana w produkcji woda mieszana składająca się z wody z ujęcia własnego (głębinowa) i odzysku, przeba- dane zostały oddzielnie (PN-EN 1008 nie zabrania takiej metodyki kontroli), pod kątem chemicznym w celu poznania dokładnej zawartości jonów chlorkowych (Cl^-), mając na uwadze wymóg, deklarowania klasy zawartości chlorków wg normy PN-EN 206 [1]. Wo- bec powyższego, badając oba składniki razem w proporcjach zapisanych w procedurze, stężenie alkaliów było by zaniżone, istnieje więc duże prawdopodobieństwo, że zaistniała komplikacja nie został by wykryta.

W ramach referatu pobrano 8 próbek wody z odzysku z dwóch wytwórni i poddano badaniom chemicznym, równolegle wykonano badania czasu wiązania wg PN-EN 196-3 [4] oraz badanie wytrzymałości na ściskanie wg PN-EN 196-1 [5] z wodą mieszaną, za- wierającą pobrane próbki wody, w proporcjach zawartych w procedurze wewnętrznej.

Powyższe badania przeprowadzono w zewnętrznych laboratoriach. Dodatkowo zostały przeprowadzone zoroby próbne w laboratorium zakładowym w celu zobrazowania wpływu wody z odzysku przy różnej gęstości, na reologię konsystencji, zbadaną metodą opadu stożka wg PN-EN 12350-2 [6], w czasie 90 minut oraz badania wytrzymałości na ściskanie wykonane wg PN-EN 12390-3 [7] na próbkach sześciennych 150x150x150mm po 2,7 i 28 dniach, w porównaniu do zorobu z wodą czystą.

3. Dane do projektu – oznaczenie czasów wiązania i wytrzymałości na ściskanie

Badania oznaczenia czasu wiązania [4] i wytrzymałości na ściskanie [5] wykonano na cemencie portlandzkim wieloskładnikowym z dodatkiem popiołu CEM II/A-V 42,5R, zastosowana woda mieszana, składała się z pobranej wody z odzysku pochodzącej z dwóch zakładów, wyposażonych w urządzenia recyklingowe, oraz wody wodociągowej.

Zawartość wody z odzysku w badanych próbkach wynosiła 60kg/m³, wg zakładowej procedury. W badaniu próbki wzorcowej użyto wodę dejonizowaną. Badania chemiczne wykonano na podstawie kryteriów zawartych w normie PN-EN 1008 [2]. W tabeli numer 2 zestawiono wyniki powyższych badań.

(7)

Tabela 2. Zestawienie wyników Nr. próbek 04/

2020K* 01/

2020K 03/

2020P* 05/

2020K 06/

2020P 07/

2020K 08/

2020P 09/

2020K 10/

2020P Procentowa zawar-

tość wody do k.

normowej 29,0 34,0 30,0 34,5 29,5 34,0 29,5 32,5 29,0

Początek wiązania

[min] 115 110 100 80 110 120 120 140 110

Koniec wiązania

[min] 180 200 160 150 180 205 215 240 185

Wytrzymałość [MPa] 39,2 40,4 38,0 38,1 46,1 44,6 44,5 47,5 50,1

Gęstość wody [kg/l] 1,00 1,13 1,06 1,1 1,04 1,13 1,06 1,07 1,05 Zawartość alkaliów

[mg/l] 0 2727 1561 2529 970 1882 1383 1169 823

Zawartość alkaliów

[mg/l] iloraz z 10 0,0 272,7 156,1 252,9 97,0 188,2 138,3 116,9 82,3

* K- próbki pobrane z wytwórni Konstancin; P – próbki pobrane z wytwórni Piaseczno

4. Przedstawienie wyników badań za pomocą wykresów

4.1. Ustalenie konsystencji normowej

Wykres 1. procentowa zawartość wody

Wykres 1 ilustruje procentową zawartość wody, potrzebną do uzyskania wymaga- nej konsystencji, określanej ręcznym aparatem Vicata, przy różnych gęstościach wody.

26,0 28,0 30,0 32,0 34,0 36,0

1,00 1,13 1,06 1,1 1,04 1,13 1,06 1,07 1,05

29,0 34,0

30,0 34,5

29,5 34,0

29,5 32,5

29,0

Procentowa zawartość wody do konsystencji normowej [%]

Gęstość wody z odzysku [kg/l]

Numery próbek

04/2020K 01/2020K 03/2020P 05/2020K 06/2020P 07/2020K 08/2020P 09/2020K 10/2020P

(8)

1000 dni betonu 2021

Żółtym kolorem oznaczono próbkę wzorcową z użyciem wody dejonizowanej. Widać na wykresie wzrost zapotrzebowania na wodę od 0,5% do 5,5%, w zależności od poziomu gęstości wody. Oznacza to wzrost współczynnika woda/cement w porównaniu z próbką wzorcową.

4.2. Wyniki wytrzymałości na ściskanie w porównaniu do konsystencji normowej

Wykres 2. badania wytrzymałości na ściskanie

Badani wytrzymałościowe wykonane na belkach zaprawy, po 7 dniach dojrzewania, wykazały w 6 próbkach wzrost wytrzymałości od 3,1% do 27,8%, natomiast w 2 próbkach, wystąpił spadek wytrzymałości wynoszący 3,1% i 2,8%, w porównaniu do wzornika (słupki koloru żółtego). Patrząc na wyniki, nie można jednoznacznie uzależnić zawartości wody, z wytrzymałością na ściskanie, przykładem są próbki o numerze 03/2020P oraz 07/2020K.

4.3. Porównanie wyników zawartości wody, wytrzymałości z badaniami zawartości alkaliów w przeliczeniu na tlenki sodu NaO

₂

Wykres 3 przedstawił wyraźny wpływ zawartości alkaliów, na wyższy rozwój wytrzy- małości, w porównaniu z próbką wzorcową (słupki koloru żółtego). Próbki wykonane z wodą odzyskaną o przekroczonym stężeniu alkaliów, charakteryzują się wysokim poziomem gęstości i wyższą zawartością wody. W tym przypadku, wytrzymałość była porównywalna lub wyższa od wytrzymałości wzornika. Natomiast próbki w których stężenie alkaliów było mniejsze lub bliskie granicznej wartości, charakteryzowały się porównywalną zawartością wody i wysokim wzrostem wytrzymałości, wynoszącym od 13,8% do 27,8%, w odniesieniu do próbki wzorcowej.

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

1,00 1,13 1,06 1,1 1,04 1,13 1,06 1,07 1,05

29,0 34,0 30,0 34,5

29,5 34,0 29,5 32,5 29,0

39,2 40,4 38,0 38,1 46,1 44,6 44,5 47,5 50,1

Wtrzymałość na ściskanie w zależności procentowej zawartości wody do konsystencji normowej

Procentowa zaw. wody do konsy. normowej [%] Wytrzymałość na ściskanie [MPa]

Gęstość wody z odzysku [kg/l]

Numery próbek

04/2020K 01/2020K 03/2020P 05/2020K 06/2020P 07/2020K 08/2020P 09/2020K 10/2020P

(9)

Wykres 3. Zawartość alkaliów

4.4. Zestawienie oznaczenia czasów wiązania w porównaniu z za- wartością alkaliów .

Wykres 4. oznaczenie czasów wiązania

Zestawione wyniki na wykresie 4, nie wykazały znacznego wpływu, wysokiego stężenia alkaliów na czasy wiązania, w porównaniu do wzornika. Jednak, trzeba zwrócić uwagę na dwa przypadki niespełnienia kryteriów normy PN-EN 1008[2], mówiąca o maksymalnej różnicy 25%, dla początku jak i końca wiązania, w porównaniu do próbek wykonanych z wodą dejonizowaną. Próbka o numerze 05/2020K, charakteryzująca się wysokim stężeniem alkaliów oraz wysokim poziomem gęstości, nie spełniła kryterium początku czasu wiązania,

29,039,2 34,040,4 30,038,0 34,538,1 29,546,1 34,044,6 29,544,5 32,547,5 29,050,1 0,0

272,7

156,1 252,9

97,0

188,2 138,3

116,9 82,3 0,0

50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0

1,00 1,13 1,06 1,1 1,04 1,13 1,06 1,07 1,05

Procentowa zawartość wody do konsystencji normowej [%]

Wytrzymałość na ściskanie [MPa]

Zawartość alkaliów [mg/l] iloraz z 10 Gęstość wody z odzysku kg/l

04/2020K 01/2020K 03/2020P 05/2020K 06/2020P 07/2020K 08/2020P 09/2020K 10/2020P Numery próbek

1,00 1,13 1,06 1,1 1,04 1,13 1,06 1,07 1,05

Zawartość alkaliów [mg/l] iloraz z 10 0,0 272,7 156,1 252,9 97,0 188,2 138,3 116,9 82,3

Początek wiązania 115 110 100 80 110 120 120 140 110

Koniec wiązania 180 200 160 150 180 205 215 240 185

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0

Czas [min]

Gęstość wody z odzysku [kg/m³]

Zawartość alkaliów [mg/l] iloraz z 10 Początek wiązania Koniec wiązania 04/2020K 01/2020K 03/2020P 05/2020K 06/2020P 07/2020K 08/2020P 09/2020K 10/2020P Numery próbek

(10)

różnica wyniosła 30,4%. Natomiast, próbka o numerze 09/2020K, w której zawartość alka- liów nie zostało przekroczone, a gęstość jest na średnim poziomie, nie spełniła kryteriów końca czasu wiązania, różnica wynosiła 33,3%, w porównaniu do wzornika.

5. Dane do projektu – zaroby próbne w zakładowym laboratorium

Próby w laboratorium, zostały wykonane na trzech mieszankach o klasie wytrzymałości C30/37, charakteryzujące się tym samym składem, jedyną zmienną była woda, która została częściowo zastąpiona wodą z odzysku o różnej gęstości, w ilości 60kg/m³, dla dwóch mieszanek. Użyta woda recyklingowa pochodziła z próbek o numerze 01/2020K i 03/2020P. Każdy zarób liczył 25dm³, z których zaformowano po 9 kostek o wymiarach 150x150x150 mm. Badanie konsystencji [6] przeprowadzono w różnych odstępach czasu, tj. po 10, 60 i 90 minutach. Badania wytrzymałości na ściskanie [7] wykonano, po 2, 7 i 28 dniach dojrzewania. Składy mieszanek przedstawiono w tabeli 3, a wyniki w tabeli 4, na których oparte są wykresy

Tabela 3. Składy mieszanek

Surowce Asortyment Skład 1 Skład 2 Skład 3

[kg/m³]

Cement CEM II/A-V 42,5R 280

Dodatek Popiół lotny kat. A 50

Kruszywo Piasek 0/2 753

Żwir 2/16 1070

Domieszki Superplastyfikator 1,96

Plastyfikator 1,96

Woda Wodociągowa 169 109 109

Woda Woda z odzysku 60 60

Tabela 4. Wyniki badań

Numery próbek KP470K KP471K KP472K

Czas [min] 10 60 90

Opad stożka [mm]

230 200 190

150 100 60

100 50 0

Wytrzymałość [MPa] Średnia z 3 wyników

2 dni 15,9 20,4 13,0

7 dni 31,0 34,9 23,6

28 dni 42,3 44,1 32,4

Zawartość wody z odzysku [kg] 60 60 60

Gęstość wody [kg/l] 1,00 1,06 1,13

Zawartość alkaliów [mg/l] iloraz z 10 0 156,1 272,7

(11)

5.1. Badania konsystencji w czasie

Wykres 5. badania konsystencji

Analizując powyższe dane z wykresu, widać, wyraźny negatywny wpływ gęstości wody recyklingowej na konsystencję [6] początkową jak i jej reologię w czasie, w porów- naniu z wodą czystą.

Odnotowane wyniki, wskazują na problem z utrzymaniem odpowiedniej konsystencji w czasie 90 minut [8], dlatego pod czas rzeczywistej produkcji, mieszanki zawierające taki surowiec, mogą charakteryzować się szybszą utratą urabialności pod czas transportu na budowę, a w konsekwencji, nie utrzymaniem deklarowanej klasy konsystencji i możliwym wystąpieniem niezgodności.

Badania wytrzymałości w zależności do zawartości alkaliów w wodzie z odzysku

Wykres 6. badania wytrzymałości na ściskanie w różnych terminach dojrzewania 230

200 190

150

100

60 100

50

0 0

50 100 150 200 250

10 60 90

Opad stożka [mm]

Czas [min]

Gęstość wody 1,0 [kg/l] Gęstość wody 1,06 [kg/l] Gęstość wody 1,13 [kg/l]

1,00 1,06 1,13

Wytrzymałość naściskanie po 2

dniach [MPa] 15,9 20,4 13,0

dniach [MPa] 31,0 34,9 23,6

dniach [MPa] 42,3 44,1 32,4

Zawartość alkaliów [mg/l] 0 156,1 272,7

0 50 100 150 200 250 300

05 1015 2025 3035 4045 50

Wytrzymałość [MPa]

Gęstość wody z odzysku [kg/l] Zawartość alkaliów [mg/l] iloraz z 10

(12)

Przedstawione wyniki, w jednym przypadku wykazały wzrost wytrzymałości [7], w każdym okresie badania, odnotowany na próbkach zawierających wodę odzyskaną o gęstości 1,06kg/m³, w porównaniu do próbek z wodą czystą. Natomiast, wyniki badań z wodą odzyskaną o gęstości 1,13kg/l, wykazały spadek wytrzymałości, w każdym termi- nie sprawdzenia i nieuzyskaniem założonej klasy wytrzymałości, pomimo najwyższego stężenia alkaliów w przeliczeniu na tlenki sodu.

6. Podsumowanie

Rozważając przedstawione wyniki w niniejszym referacie, można jednoznacznie stwier- dzić, że wysoka zawartość alkaliów w wodzie odzyskanej z procesów produkcji betonu towarowego, znacznie wpływa na szybszy rozwój wytrzymałości, w początkowym okresie dojrzewania betonu wynoszącym 7 dni. Dowodzą temu, badania wytrzymałości na ściskanie [5], które wykazały w każdej próbce wzrost wytrzymałości, w porównaniu do próbki wzorcowej [9]. Taka okoliczność, z jednej strony może być przydatna, ze względu na szybsze osiągnięcie wytrzymałości krytycznej przez beton, przeciwstawiając się na- prężeniu skurczowym, w warunkach letnich lub mrozowym, w warunkach zimowych.

Z drugiej strony, należy podkreślić znaczenie poziomu gęstości wody recyklingowej, która ma negatywny wpływ na wodożądność mieszanki i jej urabialność w czasie. Potwierdzają to badania przedstawione przez B. Chatveera i P. Lertwattanaruk [8], gdzie urabialność spadała, wraz ze wzrostem udziału procentowego wody szlamowej w mieszance, dozowanej w ilościach od 0% do 100%, zastępując wodę czystą.

Badania, ustalenia konsystencji normowej [4], wykazało wzrost zapotrzebowania na wodę wynoszący, średnio o 3% w porównaniu do wzornika. Ma to duże znaczenie, z uwagi na podniesienie współczynnika woda/cement i osłabienie wytrzymałości próbek, zawierających wodę odzyskaną, o wysokiej gęstości. Dowodzą temu przeprowadzone badania konsystencji, metodą stożka opadowego w zakładowym laboratorium, wykazujące olbrzymią różnicę wyników, w porównaniu do mieszanki wzorcowej, wykonanej z wodą czystą. Oczywiście, w referacie przedstawiono maksymalne dozowanie wody recyklingowej, wg procedury zakładowej, celem zobrazowania wpływu, tego typu surowca, na podstawowe właściwości mieszanki betonowej, jak i betonu.

Podobne wnioski z przeprowadzonych badań przedstawili F. Sandrolini i E. Franzoni [3], którzy również wykonali mieszanki z wodą szlamową o różnej gęstości, dozowaną z maksymalną dozwoloną ilością cząstek stałych, wynoszącą poniżej 1% do masy kruszywa [2]. Badania wykazały wzrost wytrzymałości na ściskanie po 7 dniach dojrzewania na próbkach sześciennych (150x150x150mm), a niewielki spadek po 28 dniach, w porównaniu do wzornika. Sprawdzany parametr na belkach zaprawy, zachował się podobnie, przy czym wyniki po 7 dniach były porównywalne albo trochę niższe od wzornika, natomiast po 28 wyższe, najlepsze wyniki uzyskały próbki z najwyższą zawartością cząstek stałych, jednak gęstość stosowanych wód, mieściła się w środkowym zakresie wg tabeli 1. Prze- prowadzone badania chemiczne wody z odzysku wg normy PN-EN 1008 [2], spełniły wymagania, oznacza to nieprzekroczenie dopuszczalnej zawartości alkaliów. Powyższe rezultaty można przyrównać do poszczególnych wartości, przedstawionych na wykresie 3, gdzie najwyższe wyniki wytrzymałości [5], uzyskano z wodą o podobnych poziomach gęstości, a zawartość alkaliów była na granicy. Ciekawostką są natomiast wyniki badań konsystencji, które nie wykazały negatywnego wpływu cząstek stałych na urabialność mieszanki [3], jak to miało miejsce w zaprezentowanym projekcie badawczym.

(13)

Niniejszy referat, pomimo przedstawienia wyników, pełniących funkcję ostrzegaw- czą dla producentów, w stosowaniu wody odzyskanej z procesów produkcji, z uwagi na fakt możliwości dozowania jej jako wody zarobowej. Nie można pominąć metodyki wdrażania tego surowca, albowiem, uzyskane wyniki badań chemicznych, potwierdza- jących wysokie stężenie alkaliów, przekraczających dopuszczalną granicę wg normy PN-EN 1008 [2], wynoszącą 1500mg/l, dopuszcza taką wodę do produkcji. Warunkiem jest stosowanie kruszyw niereaktywnych względem alkaliów, w związku z tym, należy sprawdzić na deklaracji producenta kruszyw, potencjalną reaktywność, wyrażoną jako stopień, który musi wynosić „0”.

Zastanawiające jest również, skąd bierze się taka wysoka zawartość alkaliów, która występuje niezależnie od wysokości gęstości wody, ważna informacja z uwagi na uza- leżnienie dozowania, od wyniku powyższego badania tego surowca na wytwórni. Po za tym, zbiorniki, z których były pobierane próbki wody do badań, mają obieg zamknięty, czyli prócz zakładowych betoniarek, nikt inny, nie płucze sprzętu. Natomiast, mycie ze- wnętrzne urządzeń mobilnych, odbywa się na wydzielonych do tego typu prac, specjalnych miejscach, zapobiegając tym sposobem przedostania się wody, zawierającej substancje chemiczne pochodzące ze środków czyszczących. Z tego powodu, będą prowadzone dalsze badania w tym temacie, ponieważ wysokie stężenie alkaliów w przeliczeniu na tlenki sodu, powodują duże zagrożenie, związane z reakcjami chemicznymi zachodzącymi w betonie, w dłuższym okresie użytkowania konstrukcji.

Literatura

[1] PN-EN 206+A1:2016-12 Beton – Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność

[2] PN-EN 1008:2004-01 Woda zarobowa do betonu – Specyfikacja pobierania próbek, badanie i ocena przydatności wody zarobowej do betonu, w tym wody odzyskanej z procesów produkcji betonu.

[3] Sandrolini, F.; Franzoni, E.: (2001) Waste wash water recycling in ready-mixed concrete plants. Cem.

Concr. Res. 31, 485–489. http://dx.doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00468-3

[4] PN-EN 196-3:2016-12 Metody badania cementu – oznaczenie czasów wiązania i stałości objętości.

[5] PN-EN 196-1:2016-07 Metody badania cementu – część 1: oznaczenie wytrzymałości.

[6] PN-EN 12350-2:2019-07 Badania mieszanki betonowej – część 2: badanie konsystencji metodą stożka opadowego.

[7] PN-EN 12390-3:2019-07 Badania betonu – część 3: wytrzymałość na ściskanie próbek do badań.

[8] Chatveera, B.; Lertwattanaruk, P.; Makul, N. (2006) Effect of sludge water from readymixed concrete plant on properties and durability of concrete. Cem. Concr. Comp. 28, 441–450. http://dx.doi.org/10.1016/j.

cemconcomp.2006.01.001

[9] Borger, J.; Carrasquillo, RL; Fowler, DW (1994) Use of recycled wash water and returned plastic concrete in the production of fresh concrete. Advanced Cement Based Materials , 1, 267–274. http://dx.doi.

org/10.1016/1065-7355(94)90035-3

(14)