docZałącznik 1
download 
Reklamacja Transkrypt
Załącznik 1
zał. nr 1 do umowy – opis projektu Akademia Górniczo-Hutnicza im. ST. Staszica, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30 30-059 Kraków Regon 000001577 NIP 675 000 19 23 Projekt pt: „Analiza uwarunkowań oraz badania możliwości wykorzystania wybranych UPS w budownictwie i inżynierii lądowej” nr rejestracyjny OSF 65832 1 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 1/34 Spis treści 1 2 3 Streszczenie projektu ...................................................................................................................... 4 Cele projektu................................................................................................................................... 5 Etapy realizacji projektu badawczego – opis zadań badawczych ................................................... 6 3.1 Badania popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych .............................................. 7 3.2 Badania składu chemicznego i fazowego popiołów lotnych i mieszanek popiołowo żużlowych ........................................................................................................................................... 8 3.3 Badania i analizy popiołów lotnych o charakterze technologicznym ................................... 11 3.4 Badania aktywności pucolanowej popiołów lotnych ............................................................ 12 3.5 Specjalne badania ukierunkowane na poszczególne warianty wykorzystania popiołów lotnych i mieszanki popiołowo-żużlowej.......................................................................................... 14 3.5.1 Badania składu ziarnowego i powierzchni właściwej popiołów lotnych i mieszanki popiołowo-żużlowej ..................................................................................................................... 14 3.5.2 Badania porowatości popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych ................ 15 3.5.3 Badania przesiąkliwości oraz własności filtracyjnych popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych................................................................................................................... 16 3.5.4 Badania własności mechanicznych popiołów lotnych i mieszanek popiołowożużlowych ..................................................................................................................................... 16 3.5.5 Badania zagęszczalności popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych .......... 17 3.5.6 Badania kątów zsypu i nasypu popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych . 17 3.5.7 Badania wpływu warunków hydrotermalnych na popioły lotne ................................... 17 3.5.8 Badania odczynu pH popiołów lotnych......................................................................... 18 3.6 Badania nad możliwościami rozszerzenia zakresu aplikacji popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych ....................................................................................................................... 18 3.6.1 Badania nad możliwością koagulacji popiołów lotnych ............................................... 18 3.6.2 Badania nad możliwością wykorzystania popiołów lotnych jako adsorbentów............ 18 3.6.3 Badania nad możliwością nadania popiołom lotnym i mieszankom popiołowożużlowym specjalnych własności poprzez zastosowanie dodatków chemicznych ...................... 19 3.7 Badania dostępnych na rynku wyrobów wytworzonych przy udziale UPS .......................... 19 3.7.1 Grupa materiałów budowlanych otrzymywanych na bazie mieszaniny popiołowożużlowej ze składowiska elektrowni pracującej na węglu kamiennym. Wydobyte ze składowiska UPS poddane są uprzednio stosownemu procesowi uszlachetnienia ........................................... 20 3.7.2 Grupa materiałów budowlanych otrzymywanych na bazie popiołów z elektrowni pracujących na węglu brunatnym. Popioły poddane są uprzednio stosownemu procesowi selekcji ziarnowej ...................................................................................................................................... 20 3.8 Opracowanie metod selekcji i separacji UPS z elementami oceny technologicznej przydatności uzyskanych frakcji ....................................................................................................... 22 3.9 Weryfikacja wyników badań laboratoryjnych w warunkach rzeczywistych......................... 22 3.10 Opracowanie sposobu ograniczania negatywnego oddziaływania związków niepożądanych w procesie produkcji i eksploatacji materiałów budowlanych ................................. 23 3.11 Weryfikacja możliwości zastosowania UPS przy produkcji kruszyw lekkich .................. 24 3.12 Opracowanie nowych technologii zastosowania UPS do stabilizacji gruntów i budowy nasypów w budownictwie komunikacyjnym .................................................................................... 26 3.13 Opracowanie nowych technologii mieszanek betonowych dla prefabrykatów inżynieryjno-technicznych infrastruktury drogowej ......................................................................... 27 3.14 Opracowanie nowych technologii dla zapraw murarskich i tynkarskich opartych na UPS z kotłów fluidalnych ............................................................................................................................ 28 3.15 Opracowanie wytycznych i zaleceń dla obszarów wykorzystania UPS przy produkcji cementu 29 3.16 Badania składów mieszanek UPS w kierunku ich wykorzystania jako dodatku mineralnego do betonu towarowego ................................................................................................. 30 3.17 Badanie i monitorowanie właściwości fizykochemicznych wybranych elementów powstałych w trakcie realizacji projektu ........................................................................................... 31 2 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 2/34 4 Oczekiwane efekty........................................................................................................................ 31 4.1 Zwiększenie wykorzystania UPS w budownictwie i inżynierii lądowej ............................... 31 4.2. Poprawa konkurencyjności przedsiębiorstw branży budownictwa drogowego .................... 32 4.3. Upowszechnianie wyników, w tym sposób dostępu do praw własności intelektualnej ........ 32 4.4. Wykonalność i efektywność projektu ................................................................................... 33 3 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 3/34 1 Streszczenie projektu Obecnie powstające tzw. krzemionkowe suche popioły lotne ze spalania węgli kamiennych ilościowo nie pokrywają w niektórych rejonach zapotrzebowania. Dzieje się tak w lecie, kiedy zapotrzebowanie na popioły jest największe zaś podaż znacznie mniejsza niż zimą. Wydobyte popioły ze złoża na składowiskach (znajdujących się przy elektrowniach i elektrociepłowniach) stanowią atrakcyjną alternatywę, zwłaszcza po ich odpowiednim przetworzeniu. Wykorzystanie popiołów zalegających na złożach to proekologiczne działanie w dwu aspektach – oszczędność surowców naturalnych i odzyskanie terenów przemysłowo zdegradowanych. Istotą i jednocześnie celem głównym projektu są badania nad możliwością wykorzystania popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych w produkcji materiałów budowlanych, budownictwie i inżynierii lądowej. Zwiększenie efektywności i otwarcie nowych kierunków wykorzystania UPS, oczekiwane jest dzięki opracowaniu metod selekcji i separacji popiołów suchych i UPS zalegających na składowiskach po redukcji ich naturalnego zawilgocenia, a także dzięki opracowaniu nowych technologii wykorzystania UPS w przedmiotowym obszarze. Zwiększenie szeroko pojętej efektywności zastosowania UPS w produkcji materiałów budowlanych, a zwłaszcza cementów i betonów, jest integralnie związane z problemem emisji CO2 i związanym z tym prognozowanym wzrostem jednostkowych kosztów produkcji cementu. Wykorzystanie rozszerzonych, dzięki realizacji projektu, możliwości zastąpienia części klinkieru portlandzkiego przez dodatek UPS pozwoli zwiększyć podaż cementu przy istniejącej emisji. Warto dodać, że w roku 2009 w Polsce wyprodukowano 15,1 milionów ton cementu, czemu towarzyszyła emisja 10,8 milionów ton CO2. Tak więc, zwiększenie na rynku podaży cementów portlandzkich popiołowych, cementów pucolanowych i cementów wieloskładnikowych i w ślad za tym zwiększenie zużycia UPS do ich produkcji (w roku 2009 w charakterze dodatków do cementu wykorzystano około 1,8 miliona ton popiołów lotnych), pozwoli na zwiększenie ilości wytwarzanego cementu bez wzrostu emisji CO2. Pomijając względy ochrony środowiska, zakup uprawnień do dodatkowych ilości emisji CO2, ze względu na ich koszty, może ograniczać wzrost podaży cementu, a tym samym hamować rozwój gospodarczy i infrastrukturalny Polski. Ponadto, przy zwiększonym zużyciu UPS do produkcji cementu, wymierne korzyści ekonomiczne i środowiskowe osiągnie się na drodze odzyskiwania terenów zajętych przez istniejące składowiska UPS. 4 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 4/34 Dzięki współpracy Uczelni z przedsiębiorcami uzyska się znaczące pogłębienie stanu wiedzy w obszarze wykorzystania popiołów lotnych oraz żużli paleniskowych będących ubocznymi produktami spalania (UPS) węgla, co na przestrzeni kolejnych lat powinno zaowocować rozwojem technologii wykorzystujących UPS w budownictwie i szeroko rozumianej inżynierii lądowej. Projekt zakłada nie tylko pogłębienie stanu wiedzy w zakresie zastosowania UPS w budownictwie i inżynierii lądowej oraz rozwój technologii w przedmiotowym obszarze, ale także opracowanie nowych technologii, pozwalających dzięki innowacyjnym rozwiązaniom na wzrost efektywności wykorzystania UPS. Realizacja tych celów projektu przyczyni się do rozwoju gospodarczego Polski. 2 Cele projektu Istotą i jednocześnie celem głównym projektu są badania nad możliwością wykorzystania popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych w produkcji materiałów budowlanych, budownictwie i inżynierii lądowej. Zwiększenie efektywności i otwarcie nowych kierunków wykorzystania UPS, oczekiwane jest dzięki opracowaniu metod selekcji i separacji popiołów suchych i UPS zalegających na składowiskach po redukcji ich naturalnego zawilgocenia, a także dzięki opracowaniu nowych technologii wykorzystania UPS w przedmiotowym obszarze. Zwiększenie szeroko pojętej efektywności zastosowania UPS w produkcji materiałów budowlanych, a zwłaszcza cementów i betonów, jest integralnie związane z problemem emisji CO2 i związanym z tym prognozowanym wzrostem jednostkowych kosztów produkcji cementu. Wykorzystanie rozszerzonych, dzięki realizacji projektu, możliwości zastąpienia części klinkieru portlandzkiego przez dodatek UPS pozwoli zwiększyć podaż cementu przy istniejącej emisji. Pomijając względy ochrony środowiska, zakup uprawnień do dodatkowych ilości emisji CO2, ze względu na ich koszty, może ograniczać wzrost podaży cementu, a tym samym hamować rozwój gospodarczy i infrastrukturalny Polski. Ponadto, przy zwiększonym zużyciu UPS do produkcji cementu, wymierne korzyści ekonomiczne i środowiskowe osiągnie się na drodze odzyskiwania terenów zajętych przez istniejące składowiska UPS. Projekt zakłada nie tylko pogłębienie stanu wiedzy w zakresie zastosowania UPS w budownictwie i inżynierii lądowej oraz rozwój technologii w przedmiotowym obszarze, ale także opracowanie nowych technologii, pozwalających dzięki innowacyjnym rozwiązaniom na wzrost efektywności wykorzystania UPS. Realizacja tych celów projektu przyczyni się do rozwoju gospodarczego Polski. 5 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 5/34 Cele główne realizacji projektu: − Analiza stanu badań oraz opracowanie kierunków zagospodarowania UPS w kontekście realizacji projektu − Opracowanie metod selekcji i separacji UPS z elementami monitorowania − Weryfikacja możliwości zastosowania UPS przy produkcji kruszyw lekkich − Ograniczenie zjawisk negatywnych zachodzących w procesach produkcji i eksploatacji materiałów budowlanych z wykorzystaniem UPS − Opracowanie nowych, lub modyfikacja istniejących technologii zastosowania UPS do stabilizacji gruntów i budowy nasypów w budownictwie komunikacyjnym − Zwiększenie udziału UPS dla podbudowy dróg − Opracowanie nowych, lub modyfikacja istniejących technologii dotyczących wykorzystania UPS przy produkcji prefabrykatów inżynieryjno-technicznych infrastruktury drogowej, zapraw murarskich i tynkarskich, cementu, betonu towarowego, betonów komunikacyjnych − Tworzenie możliwości zwiększenia potencjału produkcyjnego przemysłu cementowego bez konieczności powiększania poziomów emisji CO2 do atmosfery, tym samym zmniejszające w bilansie łącznym przemysłu cementowego emisję CO2 − Poprawa konkurencyjności przedsiębiorstw krajowych 3 Etapy realizacji projektu badawczego – opis zadań badawczych W ramach projektu opracowany zostanie w formie dokumentacji szczegółowy Plan Realizacji Projektu, który będzie stanowił dokument wyjściowy dla dalszych działań. Plan projektu określać będzie działania zmierzające do osiągnięcia celów cząstkowych składających się na realizację projektu. Poszczególne etapy (działania) projektu obejmować będą zadania opisane w kolejnych punktach. Zadania badawcze realizowane będą we współpracy z dwoma grupami partnerów przemysłowych. Pierwszą grupę stanowią wybrane elektrownie pracujące na węglu brunatnym i węglu kamiennym Drugą grupę stanowią zakłady przemysłowe wykorzystujące w swojej produkcji UPS 6 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 6/34 3.1 Badania popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych Realizacja projektu umożliwi podjęcie wszechstronnych, kompleksowych badań popiołów lotnych, których wyniki pozwolą na opracowanie nowych i optymalizację istniejących technologii wykorzystania popiołów lotnych. Badania popiołów lotnych będą obejmować zarówno popioły w stanie naturalnym, jak również popioły poddane procesom uszlachetniania. W ramach tych badań przewiduje się wykonanie : • badań i analiz UPS o charakterze podstawowym, w tym głównie analiz ich składu chemicznego i fazowego, • badań fizycznych i analiz UPS o charakterze technologicznym, obejmujących takie ich właściwości jak: miałkość, stałość objętości, gęstość, zaś w wypadku stosowania ich jako dodatek do cementu lub betonu, ich wpływ na początek i koniec wiązania, szczelność i wodożądność, • badań aktywności pucolanowej UPS, • badania popiołów pod względem zmienności ich wybranych cech • badań specjalnych ukierunkowanych na poszczególne sposoby wykorzystania UPS, • badań umożliwiających rozszerzenie zakresu aplikacji UPS o nowatorskie rozwiązania technologiczne. Ponadto przewiduje się badania materiałów i produktów uzyskanych z udziałem popiołów lotnych, dzięki zastosowaniu proponowanych w projekcie nowych rozwiązań technologicznych. Partnerzy z drugiej grupy uczestniczyć będzie aktywnie w procesach badawczych dotyczących opracowania receptur mieszanek popiołowo-żużlowych do stabilizacji gruntów, na podbudowy drogowe oraz do wykonywania betonów na nawierzchnie drogowe, zarówno z wykorzystaniem popiołów krzemionkowych jak i popiołów wysokowapniowych. Celem prawidłowego przeprowadzenia procesów udostępnią oni swoje maszyny, urządzenia jak i w razie potrzeby wykonają eksperymentalne odcinki dróg.. W zależności od potrzeb wynikających z danego zadania, czy etapu prac badawczych, uruchomią oni również mobilną mieszalnię betonów do stabilizacji gruntów, na podbudowy i nawierzchnie drogowe co znacząco podniesie możliwości weryfikacji wyników i koncepcji powstających na etapie prac badawczych. 7 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 7/34 3.2 Badania składu chemicznego i fazowego popiołów lotnych i mieszanek popiołowo żużlowych Podstawę do oceny własności chemicznych popiołów lotnych stanowi ich analiza chemiczna metodą klasyczną. Najczęściej do tego celu wykorzystuje się procedury określone w Polskich Normach : 1. Straty prażenia powinny być oznaczane zgodnie z zasadami opisanymi w normie PN-EN 196-2 przy czasie prażenia próbek popiołów lotnych wynoszącym 1 godzinę. Dla poszczególnych kategorii popiołów lotnych straty prażenia powinny być zawarte w następujących granicach : − kategoria A : poniżej 5 %, − kategoria B : pomiędzy 2 % a 7 %, − kategoria C : pomiędzy 4 % a 9 %. W przypadku nowoczesnej instalacji do spalania fluidalnego zawartość nie spalonego węgla (koksiku) we fluidalnym popiele lotnym jest znikoma i z reguły nie przekracza jednego procenta. Natomiast zawartość nie spalonego węgla w konwencjonalnym popiele lotnym może być wysoka. Dotyczy to zwłaszcza popiołów lotnych zdeponowanych na składowiskach. Przy selektywnej eksploatacji ze składowisk partii mieszanek popiołowo żużlowych o najwyższych zawartościach nie spalonego węgla, partie te mogą być wykorzystywane w charakterze paliw alternatywnych. 2. Zawartość chlorków wyrażana jako Cl- powinna być oznaczana zgodnie z normą PN-EN 196-21 i nie powinna być większa niż 0,10 %. 3. Zawartość bezwodnika kwasu siarkowego SO3 powinna być oznaczana zgodnie z normą PN-EN 196-2 i nie powinna być większa niż 3,0 %. 4. Zawartość wolnego tlenku wapnia powinna być oznaczana metodą opisaną w normie PN-EN 451-1 i nie powinna być większa niż 2,5 %. 5. Zawartość reaktywnego tlenku wapnia powinna być obliczana zgodnie z normą PNEN 197-1 i nie powinna być większa niż 10,0 %. 6. Zawartość reaktywnego tlenku krzemu zdefiniowanego i opisanego w normie PNEN 197-1 nie powinna być mniejsza niż 25,0 %. 7. Suma zawartości dwutlenku krzemu (SiO2), tlenku glinu (Al2O3) i tlenku żelaza (Fe2O3) powinna być oznaczana zgodnie z normą PN-EN 196-2 i nie powinna być mniejsza niż 70 %. 8 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 8/34 8. Całkowita zawartość alkaliów powinna być oznaczana zgodnie z normą PN-EN 19621 i obliczana jako zawartość Na2O i nie powinna być większa niż 5 %. 9. Zawartość tlenku magnezu (MgO) powinna być oznaczana zgodnie z normą PN-EN 196-2 i nie powinna być większa niż 4,0 %. 10. Zawartość rozpuszczalnego fosforanu (P2O5) powinna być oznaczana zgodnie z metodą podaną w Załączniku C normy PN-EN 450-1 i nie powinna być większa niż 100 mg/kg. Oprócz klasycznej analizy chemicznej składników podstawowych, dla wybranych prób popiołów lotnych powinny być wykonywane (na przykład metodą ICP) analizy chemiczne zawartych w tych popiołach składników śladowych. Badania zawartości pierwiastków śladowych w popiołach lotnych pozwalają na stwierdzenie, czy pierwiastki te, zwłaszcza w postaci metali ciężkich, nie występują w zbyt dużych ilościach (ściśle limitowane są wartości wymywania metali ciężkich z popiołów lotnych w wyciągach wodnych). Skład fazowy konwencjonalnych popiołów lotnych jest zróżnicowany i zależy od rodzaju węgla, jego rozdrobnienia i składu chemicznego, jak również od warunków spalania panujących w palenisku kotła energetycznego. Do badań składu fazowego popiołów lotnych wykorzystywane są przede wszystkim takie metody jak DTA/TG, XRD oraz SEM/EDS. Według autorów projektu, celowe byłoby także zastosowanie metod spektroskopowych, które obok dostarczania informacji dotyczących składu fazowego popiołów lotnych, pozwalają również na określenie charakteru struktury poszczególnych faz. Dzięki szczegółowym analizom termicznym możliwe byłoby natomiast określenie temperatur transformacji i krystalizacji zawartej w popiołach substancji szklistej. Ziarna popiołów zbudowane są z matrycy szklistej, w której zatopione są minerały o budowie krystalicznej, skupione głównie przy powierzchni zewnętrznej ziaren. Należy zaznaczyć, że minerały krystaliczne mogą występować również na powierzchni zewnętrznej ziaren popiołów. Struktura substancji szklistej oraz rodzaj składników krystalicznych w popiołach lotnych związane są z powstawaniem fazy ciekłej, a następnie z warunkami jej chłodzenia. Ze wzrostem szybkości procesu chłodzenia, wzrasta w popiołach lotnych udział substancji szklistej, a maleje ilość składników krystalicznych. Udział substancji szklistej w krzemionkowych popiołach lotnych waha się w granicach 30 ÷ 80%, a w niektórych warunkach może sięgać nawet 90%. Przy podgrzaniu popiołów lotnych do temperatury krystalizacji zawartego w nich szkliwa, następuje dewitryfikacja tego szkliwa. W przypadku czystych szkieł dewitryfikacja poprawia własności mechaniczne tych szkieł, jednak zawierające wtrącenia różnych faz krystalicznych 9 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 9/34 szkliwo popiołowe poddawane jest w temperaturze jego krystalizacji wysokim naprężeniom i ulega w dużym stopniu mechanicznemu zniszczeniu. Odpowiada temu powstawanie w sferycznych cząsteczkach szkliwa popiołowego pęknięć, szczelin i nowych bardzo aktywnych powierzchni. Dzięki metodom mikroskopowym (SEM/EDS, TEM/EDS), a także dzięki opisanym poniżej metodom badania składu ziarnowego, powierzchni właściwej, porowatości oraz aktywności pucolanowej, możliwa byłaby ocena wpływu procesu dewitryfikacji szkliwa popiołowego na podwyższenie jego aktywności i co za tym idzie wartości dla poszczególnych zastosowań. W składzie fazowym konwencjonalnych krzemionkowych popiołów lotnych, obok substancji amorficznej, występują najczęściej takie składniki krystaliczne jak : β-kwarc, mullit, hematyt, magnetyt oraz niewielka ilość rutylu. Szeroko prowadzone analizy składu fazowego pozwolą na dokładne określenie rodzajów i ilości występujących w tych popiołach faz krystalicznych. Skład chemiczny i fazowy konwencjonalnych popiołów lotnych zmienia się nie tylko w zależności od rodzaju popiołu, ale również w zależności od wielkości cząstek. Mniejsze cząstki krzemianowych popiołów lotnych są bogatsze w Al2O3, Fe2O3, SO3 i alkalia, natomiast większe cząstki zawierają więcej SiO2, CaO i MgO. Badania rentgenograficzne różnych frakcji ziarnowych popiołów wskazują, że ich drobniejsze frakcje przejawiają charakter bardziej amorficzny. O mniejszym udziale substancji szklistej w grubszych frakcjach popiołów, zwłaszcza frakcjach powyżej 75 µm, świadczy wysoka intensywność linii dyfrakcyjnej charakterystycznej dla kwarcu oraz niewielkie podniesienie tła w zakresie kątów odbłysku 22 ÷ 35° 2θ. Z analizy widm 29Si MAS-NMR wynika, że w strukturze szkła drobnych frakcji popiołów (50% cząstek < 5,9 µm) wzrasta ilość tetraedrów krzemotlenowych tworzących pojedyncze łańcuchy [SiO3]2-, natomiast maleje ilość tetraedrów krzemotlenowych kończących łańcuch [Si2O7]3-. Mikroanaliza rentgenograficzna popiołów wskazuje ponadto, że w grubszych frakcjach popiołów maleje udział składników, w których strukturze obecne są jony Ca2+. Badania reaktywności różnych frakcji popiołów lotnych wskazują na zasadnicze różnice pomiędzy nimi, a co za tym idzie na różną ich wartość dla poszczególnych aplikacji. Prowadzone w ramach projektu prace powinny zmierzać do uzyskiwania frakcji popiołów lotnych optymalnych pod względem aktywności dla różnych zastosowań, co umożliwiałoby 10 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 10/34 uzyskiwanie produktu popiołowego o wyższej wartości, który mógłby uzyskać na rynku odpowiednio większą cenę. Skład fazowy popiołów lotnych, powstających w instalacjach opartych na kotłach fluidalnych, w których prowadzony jest proces odsiarczania spalin, różni się zasadniczo od składu fazowego konwencjonalnych popiołów lotnych. W składzie fluidalnych popiołów lotnych obok cząsteczek typowo popiołowych występują: anhydryt II jako podstawowy produkt odsiarczania spalin, wolny CaO jako nie przereagowany sorbent oraz kalcyt jako wyjściowy sorbent lub produkt karbonatyzacji wolnego CaO. Zważywszy na powyższy skład mineralny, popioły lotne z kotłów fluidalnych, wykazują nie tylko aktywność pucolanową, ale również aktywność hydrauliczną. W ubocznych produktach spalania (UPS) powstających w kotłach fluidalnych nie stwierdza się obecności fazy amorficznej (szkła popiołowego) i mullitu, gdyż w warstwie fluidalnej nie istnieją odpowiednie warunki (zbyt niska temperatura) do tworzenia się szkliwa popiołowego i mullitu, powstającego w drodze krystalizacji z fazy ciekłej. W miejsce szkliwa popiołowego i mullitu, dominującymi składnikami tych popiołów są produkty dehydroksylacji minerałów ilastych typu metakaolinitu. Właśnie duże ilości zdehydroksylowanych minerałów ilastych o budowie amorficznej są bardzo istotne z punktu widzenia wysokiej aktywności pucolanowej fluidalnych popiołów lotnych. Obecność anhydrytu II i wolnego CaO zapewnia tym popiołom właściwości wiążące, których nie posiadają konwencjonalne popioły lotne. Z punktu widzenia różnych aplikacji, badania fluidalnych popiołów lotnych powinny być skoncentrowane przede wszystkim na określeniu możliwości zastosowania tych popiołów jako kompleksowego dodatku do cementu, spełniającego rolę pucolany oraz regulatora czasu wiązania cementu. W składzie fazowym fluidalnych popiołów lotnych występują bowiem zarówno zdehydroksylowane minerały ilaste o bardzo wysokiej aktywności pucolanowej, jak i anhydryt II, stanowiący w technologii cementu wysoko ceniony dodatek do regulacji czasu wiązania cementu. 3.3 Badania i analizy popiołów lotnych o charakterze technologicznym Badania podstawowych własności fizyczne popiołów lotnych o charakterze technologicznym, podobnie jak badania ich własności chemicznych, powinny być wykonywane w oparciu o procedury określone w Polskich Normach : 1. Miałkość popiołu lotnego i mieszanki popiołowo-żużlowej powinna być wyrażona w procentach, jako pozostałość na sicie 0,045 mm przy przesiewaniu na mokro 11 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 11/34 zgodnie z PN-EN 451-2 i powinna mieścić się w granicach podanych poniżej dla poszczególnych kategorii : a. Kategoria N – miałkość nie powinna przekraczać 40 %, b. Kategoria S – miałkość nie powinna przekraczać 12 %. 2. Stałość objętości oznaczana na podstawie pęcznienia zaczynu wykonanego z 30 % popiołu lotnego i z 70 % cementu porównawczego zgodnie z normą PN-EN 196-3 nie powinna być większa niż 10 mm. 3. Gęstość popiołu lotnego powinna być oznaczana zgodnie z normą PN-EN 196-6 i nie powinna różnić się więcej niż ± 200 kg/m3 od wartości deklarowanej przez producenta 4. Początek wiązania zaczynu cementowego wykonanego z 25 % popiołu lotnego i z 75 % cementu porównawczego powinien być oznaczany zgodnie z normą PN-EN 196-3 i nie powinien być dłuższy więcej niż o 120 minut od początku wiązania zaczynu wykonanego w 100 % z cementu porównawczego. 5. Wodożądność popiołu lotnego i mieszanki popiołowo-żużlowej o miałkości odpowiadającej kategorii S powinna być oznaczana metodą opisaną w załączniku B normy PN-EN 450-1 i nie powinna być większa niż 95 % wodożądności samego cementu porównawczego. Wymagania tego nie stosuje się do popiołu lotnego o miałkości odpowiadającej kategorii N. Oparte o odpowiednie normy badania własności chemicznych popiołów lotnych, a także przedstawione wyżej badania ich własności fizycznych o charakterze technologicznym, stanowią badania konieczne do przeprowadzenia przy zastosowaniu popiołów lotnych do większości proponowanych w projekcie aplikacji. 3.4 Badania aktywności pucolanowej popiołów lotnych Badanie aktywności pucolanowej materiałów stosowanych w charakterze dodatków mineralnych do cementów i betonów stanowi złożony problem. Istnieje duża ilość metod określania aktywności pucolanowej. Ogólnie, metody te dzieli się na metody fizyczne, pozwalające na ocenę wpływu dodatku materiału pucolanowego na własności cementu oraz na metody chemiczne, mające na celu określenie zawartości aktywnych tlenków krzemu i glinu zawartych w badanym materiale pucolanowym. Za bardziej wiarygodne należy uznać fizyczne metody badania aktywności pucolanowej, które umożliwiają bezpośrednią ocenę wpływu zastosowanego dodatku pucolanowego na własności cementu i betonu, a zwłaszcza 12 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 12/34 na ich wytrzymałości mechaniczne po długim czasie dojrzewania. Wadą tych metod jest długi czas potrzebny do ich pełnej realizacji. W oparciu o wieloletnie doświadczenia zespołu realizującego związane z badaniem aktywności pucolanowej, jako optymalne do testowania popiołów lotnych należy uznać następujące trzy metody, z których dwie pierwsze stanowią metody fizyczne, zaś trzecia jest metodą chemiczną : 1. Badanie wskaźnika aktywności pucolanowej według polskiej normy betonowej PN-EN 450-1. Wyniki badania wskaźnika aktywności pucolanowej pozwalają ocenić faktyczny wpływ zastosowanego dodatku popiołu lotnego na uzyskiwane przez cement i beton wytrzymałości. W metodzie badania wskaźnika aktywności pucolanowej porównuje się wytrzymałość zapraw normowych wykonanych z czystego cementu będącego materiałem odniesienia i zapraw wykonanych z cementu z dodatkiem 25% popiołu lotnego. Badania wytrzymałości przeprowadza się według normy PN-EN 450-1 po 28 oraz 90 dniach. 2. Badanie aktywności pucolanowej metodą Fratiniego. Metoda Fratiniego, wykorzystując szybszy przebieg reakcji pucolanowej w podwyższonej temperaturze pozwala uzyskać rezultaty świadczące o wpływie dodatku pucolany na wytrzymałość cementu już po 7 dniach. W metodzie tej wykonuje się dwie serie próbek zapraw normowych opartych na cementach z dodatkami 25 % i 40 % popiołu lotnego. Jedną serię próbek przechowuje się przez 7 dni w warunkach normowych (w wodzie o temperaturze 20°C), zaś drugą serię próbek po trzech dniach dojrzewania w warunkach normowych przenosi się do wody o temperaturze 50°C i przez kolejne 4 dni przechowuje się w tych warunkach. Różnica wytrzymałości 7-mio dniowych próbek przechowywanych częściowo w podwyższonej temperaturze i próbek przechowywanych w warunkach normowych świadczy o aktywności pucolanowej popiołu lotnego i o jego wpływie na wytrzymałość cementu. 3. Metoda oparta na amerykańskiej normie ASTM C 379-565. Metoda ta polega na określeniu zawartości reaktywnych tlenków krzemu oraz glinu w materiałach pucolanowych, w tym przypadku w popiołach lotnych. Aktywne tlenki krzemu i glinu wyługowuje się z popiołów lotnych w 1 N roztworze NaOH (pH około 13, a więc zbliżone do pH w fazie ciekłej hydratyzującego cementu). Dla szybszego wyługowania z popiołów lotnych zawartych w nich aktywnych tlenków krzemu i 13 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 13/34 glinu, ługowanie prowadzi się w temperaturze 80°C. Zawartość aktywnych tlenków krzemu i glinu w popiołach lotnych jest miarą ich aktywności pucolanowej i ma ścisły związek z wpływem dodatku tych popiołów na wytrzymałości cementu i betonu. Spośród wymienionych metod badania aktywności pucolanowej popiołów lotnych, metodą najbardziej wiarygodną jest metoda badania wskaźnika aktywności pucolanowej oparta na polskiej normie betonowej PN-EN 450-1. Czas trwania badań zgodnie z tą metodą wynosi ednak aż 90 dni, stąd też dla wstępnego określenia aktywności pucolanowej popiołów lotnych wykorzystywane mogą być metody Fratiniego i ASTM C 379-565. Należy zaznaczyć, że metody nie objęte polskimi normami, a więc metoda Fratiniego i metoda według ASTM C 379-565, zostały na podstawie licznych testów wykonywanych dla różnych materiałów pucolanowych dopracowane przez autorów projektu, co pozwoliło na lepszą korelację uzyskiwanych dzięki nim wynikom z rezultatami długoterminowych metod fizycznych, do których obecnie zalicza się przede wszystkim metodę badania wskaźnika aktywności pucolanowej na podstawie polskiej normy PN-EN 450-1. Ma to zasadnicze znaczenie, ponieważ rzetelna i możliwie szybka ocena aktywności pucolanowej popiołów lotnych jest niezbędna przy realizacji wszystkich przedstawionych w projekcie celów badawczych. 3.5 Specjalne badania ukierunkowane na poszczególne warianty wykorzystania popiołów lotnych i mieszanki popiołowo-żużlowej 3.5.1 Badania składu ziarnowego i powierzchni właściwej popiołów lotnych i mieszanki popiołowo-żużlowej Badania miałkości popiołu zgodnie z normą PN-EN 451-2 pozwalają na ogólną ocenę stopnia rozdrobnienia popiołów lotnych, nie dają jednak szerszych informacji na temat składu ziarnowego tych popiołów i mieszanek popiołowo-żużlowych, ani tym bardziej na temat ich powierzchni właściwej. Tymczasem, w przypadku wielu aplikacji popiołów lotnych, ich skład ziarnowy i powierzchnia właściwa decydują o ich przydatności.. Stąd też ich precyzyjna pod tym względem ocena wymaga zastosowania odpowiednich metod badawczych. Konwencjonalne popioły lotne są typowymi sferycznymi cząstkami o szklistej budowie i zróżnicowanych wymiarach, barwie, stopniu krystaliczności i teksturze. Część ziaren popiołów występuje w postaci mikrosfer (D < 0,5 mm) zawierających mniejsze ziarna w środku takiej cząstki. Stwierdzono również, że niewielka ilość ziaren popiołów (około 20%), 14 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 14/34 występuje w postaci tzw. cenosfer, to jest szklistych banieczek wypełnionych mieszaniną gazów. Skład tych gazów określił Courtault i stwierdził, że ich udział w mieszaninie maleje zgodnie z szeregiem: H2, N2, CO, H2O, Ar i CO2. Według Hemmingsa i Berry’ego cenosfery to przeważnie dobrze uformowane kulki o średnicach w zakresie 5 ÷ 50 µm, bez wyraźnej struktury powierzchniowej. W grubszych frakcjach popiołów lotnych, które uległy powolnemu chłodzeniu po opuszczeniu paleniska kotła, obserwuje się nieregularne formy cząstek z licznymi porami otwartymi. Zatem należy stwierdzić, że w konwencjonalnych popiołach lotnych obserwuje się wyraźne zróżnicowanie morfologii cząstek. Warto zauważyć, że fluidalne popioły lotne cechuje jeszcze większe zróżnicowanie cech morfologicznych, zwłaszcza wielkości ziaren i rozwinięcia ich powierzchni. Skład ziarnowy popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych z węgla kamiennego jest dość zróżnicowany. Wielkości cząstek popiołu są zależne od stopnia rozdrobnienia węgla, rodzaju paleniska i warunków spalania. Podstawową metodą określania składu ziarnowego popiołów lotnych jest analiza sitowa. Wadą tej metody jest ograniczenie zakresu pomiarowego. Praktycznie, najdrobniejszym sitem stosowanym do analizy sitowej popiołów lotnych jest sito o wymiarze oczka 0,045 mm, a więc sito używane do badania miałkości popiołów lotnych. Tymczasem średnica cząstek popiołu lotnego mieści się głównie w granicach 1 ÷ 150 µm, przy czym największa populacja tych cząstek zawiera się w przedziale 5 ÷ 20 µm. Stąd też, dla określenia składu ziarnowego popiołów lotnych w przedziale 0 – 0,045 mm konieczne jest stosowanie innej metody. Najnowocześniejszą możliwą do zastosowania tu metodą jest pomiar składu ziarnowego przy pomocy granulometru laserowego, którego zakres pomiarowy zawiera się w granicach 0,0001 – 0,2 mm. Kinetyczną (zewnętrzną) powierzchnię właściwą popiołów lotnych oznacza się metodą Blaine’a. Powierzchnia kinetyczna popiołów lotnych mieści się z reguły w granicach 1800 ÷ 5900 cm2/g. Natomiast statyczną (całkowitą) powierzchnię właściwą popiołów lotnych można określać metodą BET. Całkowita powierzchnia właściwa konwencjonalnych popiołów lotnych osiąga około 10000 cm2/g. W przypadku wysokoporowatych fluidalnych popiołów lotnych, ich całkowita powierzchnia właściwa jest wielokrotnie wyższa. 3.5.2 Badania porowatości popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych Porowatość popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych stanowi bardzo istotny parametr użytkowy. Porowatość, stanowiąca stosunek objętości porów zawartych w ziarnach materiału do całkowitej objętości tych ziaren, wpływa na takie własności popiołów lotnych, 15 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 15/34 jak ich aktywność pucolanowa, wodożądność, powierzchnia właściwa, zdolności sorpcyjne i filtracyjne oraz szereg innych. Konwencjonalne popioły lotne zbudowane głównie z zeszklonych sferycznych cząsteczek charakteryzują się stosunkowo niską porowatością (około 10 %), która może ulec zwiększeniu (do 20 – 30 %) w przypadku poddania tych popiołów procesowi przemiału. Fluidalne popioły lotne, których podstawowym składnikiem jest faza w postaci zdehydroksylowanych minerałów ilastych, cechuje natomiast bardzo wysoka, przekraczająca 50 % porowatość. Stąd też, fluidalne popioły lotne odznaczają się wysoką aktywnością, dobrymi właściwościami sorpcyjnymi i filtracyjnymi, ale jednocześnie cechuje je wysoka, niekorzystna wodożądność. 3.5.3 Badania przesiąkliwości oraz własności filtracyjnych popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych Popioły lotne jako materiały rozdrobnione charakteryzują się określoną zdolnością do przepuszczania cieczy. Współczynnik filtracji popiołów lotnych, podobnie jak gruntów naturalnych uzależniony jest od ich składu granulometrycznego jak również od ciężaru objętościowego i właściwości chemicznych. Współczynnik filtracji mierzy się w specjalnych stalowych cylindrach przy ciśnieniu atmosferycznym lub też w warunkach podwyższonego ciśnienia. Z reguły, pomiary współczynnika filtracji dla warstwy popiołu lotnego prowadzi się w kierunku poziomym (równoległym do warstwy) oraz w kierunku pionowym (prostopadłym do warstwy). Współczynnik filtracji w kierunku poziomym może być kilka lub kilkanaście razy większy od współczynnika filtracji w kierunku pionowym i jest tym wyższy im grubsze są ziarna popiołu lotnego. 3.5.4 Badania własności mechanicznych popiołów lotnych i mieszanek popiołowożużlowych Konwencjonalne krzemionkowe popioły lotne nie posiadają własności wiążących, jednak przy określonej ilości wody, dzięki siłom kohezji tworzą materiał o niewielkich wytrzymałościach mechanicznych. Wytrzymałości te zależą w pierwszym rzędzie od zawartości wody, ale w pewnym stopniu wpływ na nie posiadają także parametry chemiczne i fizyczne popiołu lotnego. Przy stosunkowo niskich zawartościach wody (30 – 40 %) kąt tarcia wewnętrznego ziaren popiołu lotnego waha się w zależności od rodzaju popiołu w granicach 26 - 30°. Po przekroczeniu wilgotności granicznej, która jest bliska całkowitemu nasyceniu popiołu lotnego wodą, następuje gwałtowne obniżenie kąta tarcia wewnętrznego ziaren popiołu i w ślad za tym równie gwałtowne obniżenie wytrzymałości na ścinanie stwardniałego materiału popiołowego. 16 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 16/34 Fluidalne popioły lotne charakteryzują się zdolnościami wiążącymi, które pozwalają im osiągać, przy odpowiednim dodatku wody wytrzymałości na ściskanie przekraczające nawet 10 MPa. Stwardniały materiał wykazuje własności hydrauliczne (jest odporny na działanie wody) jednak jego stabilność może być zagrożona przez tworzenie się wtórnego ettringitu w późniejszych okresach twardnienia. 3.5.5 Badania zagęszczalności popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych Badania zagęszczalności popiołów lotnych i mieszanek popiołowo żużlowych wykonuje się pod kątem ich przydatności do terenowych prac inżynierskich, głównie do budowy nasypów komunikacyjnych. Do tego celu wykonuje się próby zagęszczania popiołów lotnych metodą normową w aparacie Proctora. Podobnie jak w przypadku badań wytrzymałości mechanicznych popiołów lotnych, podstawą do oceny badanych prób jest test ich wytrzymałości na ścinanie. 3.5.6 Badania kątów zsypu i nasypu popiołów lotnych i mieszanek popiołowożużlowych Kąty zsypu i nasypu popiołów należą do ich ważnych parametrów technologicznych. Od wielkości tych kątów zależą w głównej mierze możliwości transportu, składowania i dozowania popiołów lotnych. Kąty zsypu i nasypu materiałów proszkowych oznaczać można przy pomocy urządzeń, w których badany materiał podawany jest na rynnę o regulowanym kącie nachylenia do podłoża. 3.5.7 Badania wpływu warunków hydrotermalnych na popioły lotne Badania wpływu warunków hydrotermalnych na popioły lotne wykonuje się pod kątem możliwości zastosowania popiołów lotnych jako składników naparzanych bądź autoklawizowanych materiałów budowlanych. W tym celu, według ustalonej procedury, próby popiołu lotnego z niewielkim (na ogół nie przekraczającym 10 – 20 %) dodatkiem wapna lub cementu poddaje się procesowi naparzania albo autoklawizacji. W warunkach podwyższonej temperatury, a przy autoklawizacji także podwyższonego ciśnienia, reakcje pucolanowe wynikające z aktywności popiołu lotnego przebiegają o wiele szybciej aniżeli w warunkach normalnych. Stąd też popioły lotne mogą z powodzeniem zastępować część wapna lub cementu w wyrobach naparzanych i autoklawizowanych. 17 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 17/34 3.5.8 Badania odczynu pH popiołów lotnych Odczyn pH popiołów lotnych może wahać się w bardzo szerokich granicach, od wyraźnie kwaśnego (pH 4) do silnie zasadowego (pH 12,5). Odczyn ten uzależniony jest od rodzaju popiołu lotnego (popiół konwencjonalny, popiół fluidalny), a także od pochodzenia spalanego węgla, od składu chemicznego i mineralnego skały płonej oraz w pewnym stopniu od warunków składowania popiołów lotnych. 3.6 Badania nad możliwościami rozszerzenia zakresu aplikacji popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych 3.6.1 Badania nad możliwością koagulacji popiołów lotnych Popioły lotne stanowią materiał sproszkowany, kłopotliwy w składowaniu, transporcie i dozowaniu. Opracowanie prostych, skutecznych i stosunkowo tanich rozwiązań pozwalających na koagulację popiołów pozwoliłoby nie tylko na ograniczenie wymienionych problemów technologicznych, ale również umożliwiłoby opracowanie nowych metod i technologii wykorzystania popiołów lotnych, na przykład w roli wypełniaczy lub kruszyw. Osiągnięcie tego celu mogłoby zostać zrealizowane poprzez zastosowanie odpowiednich dodatków do popiołu lotnego, lub też poprzez zabiegi technologiczne, takie jak na przykład podgrzewanie popiołu lotnego do temperatury 600° C. 3.6.2 Badania nad możliwością wykorzystania popiołów lotnych jako adsorbentów Konwencjonalne popioły lotne ze względu na swoje własności fizyczne nie stanowią materiału spełniającego wymagania stawiane adsorbentom. Natomiast fluidalne popioły lotne, charakteryzujące się dużą porowatością, bardzo drobnym uziarnieniem i niezwykle wysoką rozwiniętą powierzchnią właściwą mogą pod pewnymi warunkami być uważane za surowiec do wytwarzania dobrej jakości adsorbentów. Prace i badania w tym kierunku powinny być oparte w pierwszym rzędzie o separację powietrzną tych popiołów i uzyskanie na tej drodze podziarna mieszczącego się w przedziale 0 – 30 µm. Taki materiał zawierałby tylko niewielkie ilości faz mineralnych (kwarcu, kalcytu, CaO) i dominujący, na poziomie około 90 %, udział zdehydroksylowanych minerałów ilastych z przewagą metakaolinitu (Al2O3·2SiO2). W ten sposób z ubocznych produktów spalania uzyskano by materiał zbliżony jakością do produktu rynkowego – metakaolinitu, odznaczający się bardzo wysoką aktywnością powierzchniową i w pełni przydatny w roli adsorbenta. 18 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 18/34 3.6.3 Badania nad możliwością nadania popiołom lotnym i mieszankom popiołowożużlowym specjalnych własności poprzez zastosowanie dodatków chemicznych Bardzo szybki rozwój chemii budowlanej pozwala obecnie na znaczące osiągnięcia technologiczne i ekonomiczne przy produkcji większości materiałów budowlanych. Niektóre dodatki chemiczne mogą być wykorzystane do nadania specjalnych własności popiołom lotnym i mieszankom popiołowo-żużlowym. Należą do nich : • Peptyzatory, • Środki powierzchniowo-czynne, • Substancje wysoko-alkaliczne. Peptyzatory powodują dezaglomerację ziaren materiału proszkowego. Konwencjonalne popioły lotne nie wykazują większych tendencji do koagulacji i zbrylania poszczególnych ziaren. Natomiast fluidalne popioły lotne, charakteryzujące się znacznie większą powierzchnią właściwą i o wiele drobniejszym uziarnieniem przy zastosowaniach specjalnych, na przykład jako adsorbenty, czy też dodatki poprawiające jakość betonów wysokowartościowych, powinny zawierać odpowiedni dodatek peptyzatora. Środki powierzchniowo-czynne są stosowane przede wszystkim jako intensyfikatory mielenia cementu i dodatki poprawiające jakość cementu. W przypadku produkcji cementów typu CEM II, CEM IV i CEM V zawierających dodatek popiołów lotnych w ilości przekraczającej 15 %, środki te powinny być tak dobrane, aby w równym stopniu intensyfikowały przemiał i poprawiały własności wymienionych cementów. Substancje wysoko-alkaliczne oparte na siarczanach sodu i potasu mogą, przy odpowiednim ich dodatku, nadawać konwencjonalnym popiołom lotnym własności pełnowartościowego mineralnego, nisko wytrzymałościowego spoiwa wiążącego. 3.7 Badania dostępnych na rynku wyrobów wytworzonych przy udziale UPS Zgodnie z przyjętą koncepcją realizacji niniejszego projektu, zasadniczym celem badań jest opracowanie nowych technologii lub udoskonalenie dotychczasowych rozwiązań technologicznych, zmierzających do otrzymania różnych rodzajów materiałów budowlanych z udziałem odpowiednio przetworzonej mieszaniny popiołowo-żużlowej z węgla kamiennego zdeponowanej na składowisku lub z udziałem popiołów fluidalnych z węgla brunatnego. W szczególności badania te będą dotyczyć sposobów otrzymania oraz oceny jakości następujących materiałów budowlanych: 19 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 19/34 3.7.1 Grupa materiałów budowlanych otrzymywanych na bazie mieszaniny popiołowo-żużlowej ze składowiska elektrowni pracującej na węglu kamiennym. Wydobyte ze składowiska UPS poddane są uprzednio stosownemu procesowi uszlachetnienia − cementy typu CEM II, CEM IV i CEM V z udziałem przetworzonej mieszaniny popiołowo-żużlowej:, − betony towarowe, − mieszanki do stabilizacji gruntów. 3.7.2 Grupa materiałów budowlanych otrzymywanych na bazie popiołów z elektrowni pracujących na węglu brunatnym. Popioły poddane są uprzednio stosownemu procesowi selekcji ziarnowej − budowlane materiały autoklawizowane, − mieszanki do stabilizacji gruntów, − cementy z dodatkiem fluidalnego popiołu lotnego w roli składnika drugorzędnego, − kruszywa lekkie, − betonowa kostka brukowa, − prefabrykowane zaprawy murarskie i tynkarskie oraz zaprawy klejowe. Głównym założeniem omawianego projektu jest to, aby wyżej wymienione materiały budowlane miały możliwość uzyskania odpowiednich atestów i certyfikatów. Zatem ich zakres badań obejmował będzie zarówno podstawowe cechy użytkowe wyspecyfikowane w odpowiednich normach, jak i. badania uzupełniające, mające związek z ogólnie rozumianą trwałością. W trakcie tych dodatkowych badań sprawdzona zostanie między innymi wymywalność metali ciężkich. Zatem w stosunku do wszystkich wymienionych odmian cementów z udziałem popiołów przewiduje się badanie następujących cech: − gęstość i gęstość nasypowa, − wodożądność cementów i właściwa konsystencja zaczynu cementowego − oznaczanie właściwej ilości wody zarobowej, − czas wiązania zaczynu cementowego, − stałość objętości zaczynu cementowego, − skurcz stwardniałych zaczynów cementowych i zapraw przy zmiennej wilgotności, − właściwości wytrzymałościowe. 20 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 20/34 Poza wymienionymi badaniami normowymi, przeprowadzone zostaną badania kinetyki wydzielania ciepła hydratacji, analizy składu fazowego i mikrostruktury stwardniałych zaczynów cementowych, wymywalności metali ciężkich oraz podatność na różne rodzaje korozji. W stosunku do betonów towarowych otrzymanych w oparciu o wszystkie wyżej wymienione odmiany cementów, zostaną przeprowadzone badania normowe właściwości użytkowych świeżej mieszanki betonowej oraz betonów stwardniałych. Badania te będą obejmować głównie oznaczenie gęstości objętościowej świeżej mieszanki betonowej, konsystencji, zawartości powietrza, natomiast w stosunku do stwardniałego betonu, jego cech wytrzymałościowych oraz trwałości, rozumianej jako odporność na działanie niskich temperatur. W odniesieniu do mieszanek popiołowych otrzymanych na bazie krzemionkowych popiołów lotnych związanych hydraulicznie (zgodnie z PN-EN 14227-3:2007) i przeznaczonych do stosowania w podbudowach drogowych, mieszanki te zostaną zbadane w pełnym zakresie wyżej wymienionej normy. Przeprowadzone badania będą miały na celu ustalenie klasyfikacji wytrzymałościowej Rc, Rt, i E, mrozoodporności i sposobu pielęgnacji próbek. W odniesieniu do produktu w postaci kruszywa lekkiego otrzymanego w oparciu o popioły fluidalne z węgla brunatnego, zostaną przeprowadzone badania dotyczące składu ziarnowego, gęstości objętościowej, jamistości, odporności na miażdżenie, wytrzymałości ziaren kruszywa (marka kruszywa), mrozoodporności i wymywalności metali ciężkich. W przypadku wyrobów gotowych w postaci betonowej kostki brukowej otrzymanej z udziałem popiołów fliudalnych, określenie ich podstawowych cech eksploatacyjnych dotyczyć będzie przede wszystkim oznaczenia nasiąkliwości, mrozoodporności, cech wytrzymałościowych oraz ścieralności. W stosunku do grupy zapraw budowlanych uzyskanych z wykorzystaniem popiołów fluidalnych z węgla brunatnego, przeprowadzone zostaną badania ich właściwości zarówno w stanie świeżym jak i stwardniałym. Badania te będą obejmować odpowiednio: konsystencję, czas zachowania właściwości roboczych, zawartość powietrza, natomiast w stosunku do zapraw w stanie stwardniałym, zostanie oznaczona: − wytrzymałość na ściskanie, zginanie oraz rozciąganie, − gęstość objętościowa, − nasiąkliwość, − mrozoodporność, 21 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 21/34 − zdolność do kapilarnego podciągania wody, − skurcz, − współczynnik rozmiękania, − przyczepność zaprawy do podłoża. W zależności od uzyskanych wyników badań, planuje się przeprowadzenie badań wstępnych w kierunku otrzymania z udziałem popiołów betonów nowej generacji, tj. betonów samozagęszczalnych i betonów wysokowartościowych (BWW), natomiast w przypadku zapraw, prefabrykowanych zapraw klejowych o różnym przeznaczeniu. 3.8 Opracowanie metod selekcji i separacji UPS z elementami oceny technologicznej przydatności uzyskanych frakcji Technologiczne procesy uszlachetniania UPS i nadawania im pożądanych własności powinny opierać się między innymi na rozdziale ziarnowym UPS. W przypadku pierwszej grupy partnerów przemysłowych zostanie ustalony sposób mechanicznego przesiewania wysuszonej mieszanki popiołowo-żużlowej przez określone sita. Pozwoli to na efektywne wykorzystanie różnych własności poszczególnych frakcji ziarnowych mieszanki. Podjęte zostaną próby redukcji wody złożowej na składowisku popiołu z węgla kamiennego i dalszego suszenia powierzchniowej części złoża. Wydobyty ze złoża popiół krzemionkowy będzie dalej dosuszany i poddany rozbiciu agregatów ziaren, wreszcie poddany separacji na frakcje ziarnowe. W ramach monitorowania własności UPS poddanych rozdziałowi ziarnowemu powinny być prowadzone stałe kontrole ich składu ziarnowego oraz okresowe badania ich składu chemicznego i mineralnego. 3.9 Weryfikacja wyników badań laboratoryjnych w warunkach rzeczywistych. W pierwszej grupie partnerów przemysłowych planowane jest wykorzystanie i ewentualne modyfikowanie instalacji do wydobywania popiołu ze złoża i dalej przetwarzania mieszanki popiołowo-żużlowej. Do powyższego procesu należy wykorzystać istniejący układ załadowczy koparek i przenośników taśmowych zlokalizowanych na składowisku. W celu wstępnego przygotowania poszczególnych produktów z mieszanki popiołowo-żużlowej nieodzowne będzie dostosowanie przez partnera przemysłowego linii technologicznej służącej do kruszenia, przesiewania i mieszania. 22 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 22/34 Otrzymane do tej pory wyniki badań laboratoryjnych pozwalają zakwalifikować uzyskany produkt z UPS z wybranych elektrowni pracujących na węglu kamiennym, jako krzemionkowy popiół lotny klasy V, spełniający wymagania normy cementowej PN-EN 1971. W oparciu o uszlachetniony UPS uzyskany dzięki instalacji przetwarzania mieszanki popiołowo-żużlowej w I grupie partnerów przemysłowych, planowane jest wykorzystanie istniejących lub wybudowanych przez partnerów drugiej frupy instalacji do produkcji mieszanek stosowanych do stabilizacji gruntów, na podbudowy drogowe i do budowy dróg betonowych. Instalacja powinna składać się z sit o różnej średnicy pozwalających na separację wysuszonych frakcji popiołowo-żużlowych. Celem prac badawczych w ramach realizowanego projektu powinno być opracowanie receptur mieszanek popiołowo-żużlowych z dodatkiem cementu, wapna, kruszyw naturalnych, żużla granulowanego i innych komponentów, których własności odpowiadałyby produktom mającym zastosowanie w drogownictwie. Planuje się uzyskanie następ mieszanek do stabilizacji gruntów, mieszanki do podbudów drogowych, mieszanki do betonów na nawierzchnie drogowe. Celem osobnej grupy prac badawczych powinno być opracowanie technologii mieszanek dla drogownictwa oraz technologii zapraw tynkarskich i murarskich, ze szczególnym uwzględnieniem optymalnych ilości UPS w tych produktach. Ponadto, prace badawcze powinny być ukierunkowane na sprecyzowaniu warunków umożliwiających możliwie maksymalne podniesienie udziału UPS w wyrobach wibroprasowanych. 3.10 Opracowanie sposobu ograniczania negatywnego oddziaływania związków niepożądanych w procesie produkcji i eksploatacji materiałów budowlanych Wykorzystanie ubocznych produktów spalania w charakterze składników, często podstawowych, w materiałach budowlanych stwarza możliwość ograniczenia negatywnego oddziaływania na środowisko związków niepożądanych, uwalniających się w procesach produkcji i eksploatacji materiałów budowlanych. Dotyczy to zwłaszcza zastępowania cementu przez uboczne produkty spalania. Produkcji cementu towarzyszy wydzielanie się do atmosfery ogromnych ilości gazów spalinowych, w tym przede wszystkim CO2, NOx i SO2. Im większa ilość cementu w różnego rodzaju spoiwach mineralnych i materiałach budowlanych zostaje zastąpiona przez UPS, tym większej redukcji ulega ilość gazów spalinowych emitowanych do atmosfery. Ponadto, materiały budowlane otrzymywane przy udziale ubocznych produktów spalania charakteryzują się bardzo korzystnymi własnościami związanymi z aktywnością pucolanową UPS. Dzięki zachodzącym w czasie hydratacji spoiw 23 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 23/34 mineralnych reakcjom pucolanowym mikrostruktura stwardniałego zaczynu, zaprawy, czy betonu jest o wiele bardziej szczelna, aniżeli mikrostruktura tych materiałów wykonanych bez dodatków pucolanowych. Sprzyja to immobilizacji składników, których wymywanie może powodować znaczne zagrożeni środowiskowe. Podstawowe cele badawcze związane z tym zadaniem, to : − opracowywanie receptur spoiw mineralnych, w których procent zastąpienia cementu przez uboczne produkty spalania byłby możliwie maksymalny, − badania strukturalne i mikrostruktury stwardniałych zaczynów, zapraw i betonów pozwalające na ocenę ich szczelności, − badania chemiczne wymywalności z zaczynów, zapraw i betonów metali ciężkich oraz innych składników zagrażających środowisku naturalnemu i określenie możliwości ich immobilizacji przez stwardniałe materiały budowlane. 3.11 Weryfikacja możliwości zastosowania UPS przy produkcji kruszyw lekkich Sztuczne kruszywa lekkie można podzielić na cztery grupy: − kruszywa spęczniane otrzymywane poprzez wypalanie w piecach obrotowych lub szybowych surowców ilastych, pęczniejących podczas ogrzewania (przykład: keramzyt), − kruszywa spieniane za pomocą szybkiego chłodzenia (przykład: pumeks hutniczy, żużel granulowany), − kruszywa spiekane, uzyskiwane przez wypalanie odpadów paleniskowych (popioły lotne), łupków przywęglowych lub mieszanek gliniasto-zużlowych (agloporyt) na taśmach aglomeracyjnych, rusztach ruchomych, w czaszach lub piecach szybowych (piecopanwiach), − kruszywo z żużla paleniskowego. Odrębną grupę stanowią sztuczne kruszywa lekkie otrzymywane z odpadów przemysłowych, zwłaszcza popiołów lotnych, z wykorzystaniem spoiw mineralnych (np. cementu). Przykładem tego rodzaju kruszywa jest kruszywo granulowane,poddawane następnie obróbce hydrotermalnej. Ogólny sposób produkcji tego rodzaju kruszyw polega na przygotowaniu jednorodnej mieszaniny konwencjonalnego popiołu lotnego ze spoiwem (cementem lub wapnem) o odpowiednio dobranym składzie, następnie formowaniu z tej mieszaniny przy użyciu granulatora talerzowego granul o różnej wielkości oraz poddaniu ich obróbce 24 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 24/34 hydrotermalnej w atmosferze nasyconej pary wodnej w temperaturze około 160°C. W wyniku obróbki cieplno-wilgotnościowej granul, uzyskujemy kruszywo odpowiedniej klasy wytrzymałościowej, które możemy stosować w budownictwie przede wszystkim do produkcji drobno i średniowymiarowych elementów z betonu lekkiego klasy do B 25 włącznie. Ponadto ze względu na wysoki stopień wodoszczelności betonu, możliwe jest stosowanie tego rodzaju kruszyw w budownictwie hydrotechnicznym. Inne kierunki zastosowań omawianego rodzaju kruszyw są następujące: − materiał podsadzkowy w budownictwie, − zasypki drenażowe, − zasypki ocieplające pas gruntu, − zasypki izolacyjne w ścianach. − zasypki izolacyjne w stropodachach, − stabilizacja gruntów (drobne frakcje kruszyw, poniżej 4 mm). Kruszywa lekkie wykonane z popiołów fluidalnych cechują się: − kulistym kształtem ziaren, − gęstością nasypową ok. 900 kg/m3, − uziarnieniem we frakcjach 4-8 mm, 8-16 mm lub innych, − wytrzymałością mechaniczną ziaren od 100 do 1000 N/granulę w zależności od przeznaczenia, − odpornością na rozpad wapniowy zgodnie z wymaganiami, − poziomem promieniotwórczości w zakresie dopuszczalnym dla materiałów budowlanych wg instrukcji 234/95 ITB, − brakiem oddziaływania korozyjnego na stal zbrojeniową zgodnie z wymaganiami. Kruszywa te mogą być wykorzystywane: − jako kruszywo budowlane marki 15 lub 25 do produkcji betonów lekkich zwartych, półzwartych, jamistych-konstrukcyjnych, konstrukcyjno-termoizolacyjnych, izolacyjnych- klasy LB 15, 25 lub 30, odmiany 1,8 lub 2, pełnej mrozoodporności i nasiąkliwości 10 do 20% dla betonów zwartych, z przeznaczeniem dla drobno i średniowymiarowych zbrojonych i niezbrojonych elementów ściennych, − w mieszaninie z piaskiem podsadzkowym jako materiał do hydraulicznego i pneumatycznego podsadzania podziemnych wyrobisk górniczych, klasy I, II lub III, − do ulepszania nawierzchni dróg gruntowych - jako składnik doziarniający, 25 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 25/34 − jako kruszywo do kostki brukowej, − jako nawóz dla rolnictwa (przy odpowiednim doborze surowców), − do makroniwelacji i rekultywacji terenu, − w innych kierunkach. Podstawowym celem badawczym powinna być optymalizacja zaprezentowanych technologii otrzymywania kruszyw lekkich oraz ocena wpływu parametrów technologicznych na własności tych kruszyw. 3.12 Opracowanie nowych technologii zastosowania UPS do stabilizacji gruntów i budowy nasypów w budownictwie komunikacyjnym Na zadanie badawcze dotyczące drugiej grupy partnerów przemysłowych zaangażowanych w realizację niniejszego projektu składają się : − Opracowanie receptur mieszanek z wykorzystaniem UPS z kotłów fluidalnych, − Wykonanie próbek badawczych, − Oznaczenie własności mechanicznych, mrozoodporności i innych własności użytkowych próbek badawczych, − Określenie parametrów technicznych (ramowy skład chemiczny, strata prażenia, powierzchnia właściwa wg Blaine’a, wytrzymałość na ściskanie po 7 i 28 dniach, wodożądność, ciężar nasypowy). Jeden z partnerów przemysłowych z grupy drugiej w ramach przygotowania do niniejszego projektu przeprowadził już w współpracy z AGH badania w celu określenia przydatności UPS z kotłów fluidalnych. do robót ziemnych. Przedmiotem badań było ustalenie przydatności i warunków wykorzystania popiołów fluidalnych z węgla brunatnego do ulepszania mało nośnych gruntów w robotach ziemnych – budowa nasypów i ulepszone podłoże drogowe. Wymagania normowe (PN-S-02205:1998) nakładają obowiązek uzyskania następujących parametrów technicznych dla podłoża drogowego (E2=100120 [MPa], Is=1.001.03) jak również dla niższych warstw budowli ziemnych (E2=30100 [MPa] i Is=0.951.00) w zależności od głębokości zalegania warstwy i obciążenia ruchem. Parametry te często są nieosiągalne w gruntach naturalnych (miejscowych), zwłaszcza przewilgoconych gruntach spoistych, które bez ulepszenia są nieprzydatne. Badania kompozycji gruntów (piasków gliniastych) z popiołami lotnymi wykazały dużą skuteczność działania popiołu w przewilgoconych gruntach spoistych nieprzydatnych do 26 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 26/34 wbudowania w nasyp. Piasek gliniasty o wilgotności większej od optymalnej o ponad 4% i wskaźniku nośności CBR~1% ulepszony popiołem uzyskuje nośność CBR>30% bezpośrednio po dodaniu popiołu czyniąc materiał przydatny do budowy nasypów (CBR>10%). Oznacza to, że popioły są bardzo skuteczne natychmiast po dodaniu do gruntów działając na nie osuszająco. Na nośność gruntu bezpośrednio po ulepszeniu nie wpływa istotnie ilość dodanego popiołu. Przy 4, 6 i 8% dodatku popiołu wskaźniki CBR są zbliżone i wynoszą odpowiednio 32, 34 i 35% przy wyjściowej nośności gruntu nieulepszonego CBR~1%. Oznacza to, że do wzmocnienia gruntu, czyli poprawienia jego nośności wystarczą małe dodatki popiołu fluidalnego w granicach 2-6%. Badania porównawcze na spoiwie tradycyjnym (wapnie palonym) przy takiej samej zawartości spoiwa dały ten sam efekt wzmocnienia. Przy zastosowaniu 4% wapna uzyskano CBR=30% bezpośrednio po ulepszeniu. Celem badawczym powinno być opracowanie nowych technologii zastosowania UPS do stabilizacji gruntów i budowy nasypów, w oparciu o dotychczasowe wyniki i doświadczenia, z uwzględnieniem korelacji pomiędzy macierzą receptur i rodzajem podłoża. Pozwoli to na uniknięcie każdorazowego badania gruntu i tworzenia indywidualnej receptury mieszanki. 3.13 Opracowanie nowych technologii mieszanek betonowych dla prefabrykatów inżynieryjno-technicznych infrastruktury drogowej Uboczne produkty spalania są dobrymi materiałami do produkcji prefabrykatów betonowych, w tym także prefabrykatów dla infrastruktury drogowej. Przy wytwarzaniu prefabrykatów betonowych metodami naparzania lub autoklawizacji, dodatki UPS wykazują znacznie wyższą w stosunku do normalnych warunków dojrzewania aktywność pucolanową. Pozwala to na otrzymywanie prefabrykatów o bardzo korzystnych własnościach użytkowych, nawet przy dużych ilościowo dodatkach ubocznych produktów spalania. Zadanie badawcze powinno dotyczyć opracowania nowych technologii mieszanek betonowych dla prefabrykatów przydatnych w infrastrukturze drogowej i obejmować: 1. Opracowanie receptur mieszanek betonowych z uwzględnieniem dodatku UPS 2. Określenie metody prefabrykacji elementów betonowych 3. Wykonanie próbek prefabrykatów 4. Badania prefabrykatów betonowych z dodatkami UPS, z uwzględnieniem : − oznaczenia własności mechanicznych, − określenia mrozoodporności, 27 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 27/34 − określenia odporności na środki odladzające, − wykonania prób starzeniowych. Celem badawczym powinno być przede wszystkim opracowanie nowych technologii mieszanek betonowych dla prefabrykatów inżynieryjno-technicznych, opartych o dobór optymalnych receptur dla prefabrykatów oraz o odpowiednie metody ich prefabrykacji. Ważnym problemem do rozwiązania jest tu też dobór metod badawczych do wiarygodnej oceny długowieczności prefabrykatów przy różnych warunkach ich dojrzewania i starzenia. 3.14 Opracowanie nowych technologii dla zapraw murarskich i tynkarskich opartych na UPS z kotłów fluidalnych Nowoczesne budownictwo w coraz większym stopniu wykorzystuje suche mieszanki mineralne, które na placach budowy wykorzystywane są po zarobieniu odpowiednią ilością wody jako zaprawy murarskie lub tynkarskie. Tradycyjne zaprawy murarskie i tynkarskie to mieszanki oparte na mineralnych materiałach wiążących oraz piasku kwarcowym. W charakterze materiałów wiążących wykorzystuje się spoiwa cementowe, wapienne lub cementowo-wapienne. Do zawartych w zaprawach spoiw można stosować dodatki mineralne (w ilości od kilku do kilkudziesięciu procent), takie jak konwencjonalne popioły lotne, granulowany żużel wielkopiecowy i kamień wapienny, oraz domieszki chemiczne (w ilości od setnych części procenta do 1 – 2 %) takie jak upłynniacze, środki napowietrzające czy środki hydrofobizujące. Właściwości popiołów lotnych z kotłów fluidalnych pozwalają na zastosowanie ich w charakterze podstawowego składnika spoiw wchodzących w skład zapraw budowlanych. Skład popiołów fluidalnych sprawia, że same w sobie stanowią one spoiwa mineralne o własnościach hydraulicznych. Jednak optymalne pod względem własności zaprawy murarskie i tynkarskie można uzyskać przy użyciu w charakterze spoiwa mineralnego popiołów fluidalnych z dodatkiem od kilkunastu do kilkudziesięciu procent cementu lub wapna. W zależności od udziału cementu lub wapna w spoiwach mineralnych można otrzymać szeroką gamę klas zapraw murarskich i tynkarskich o różnych własnościach wytrzymałościowych. Własności tych zapraw mogą być modyfikowane odpowiednimi pod względem rodzaju i ilości dodatkami chemicznymi. Przy dużym udziale popiołów fluidalnych (powyżej 60 %), w spoiwach przeznaczonych do wytwarzania zapraw murarskich i tynkarskich istnieje niebezpieczeństwo niekontrolowanych zmian objętości tych zapraw. Tego typu zjawisko, 28 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 28/34 spowodowane powstawaniem wtórnego ettringitu (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O), wpływa na znaczne obniżenie wytrzymałości mechanicznych zapraw po długim czasie ich dojrzewania i może prowadzić do całkowitego ich zniszczenia. Aby temu zapobiec, należy przede wszystkim ograniczyć ilość siarczanów (anhydrytu II) wprowadzanych do zapraw z dodatkami popiołów fluidalnych. Być może, będzie to możliwe na drodze opisanej w zadaniu badawczym 3.8. (Opracowanie metod selekcji i separacji UPS z elementami oceny technologicznej przydatności uzyskanych frakcji ) Cele badawcze tej grupy zadań powinny być skoncentrowane na opracowaniu nowych i modyfikowanych technologii dla zapraw murarskich i tynkarskich, opartych na zaprojektowaniu optymalnych receptur tych zapraw. Receptury te powinny zapewniać możliwie maksymalny udział popiołów, a uzyskane na ich podstawie zaprawy powinny charakteryzować się odpowiednio wysokimi wytrzymałościami oraz utrzymywanymi pod kontrolą zmianami objętości. 3.15 Opracowanie wytycznych i zaleceń dla obszarów wykorzystania UPS przy produkcji cementu Dzięki zawartości składników aktywnych pucolanowo, popioły lotne z węgli brunatnych spalanych w paleniskach ze złożem fluidalnym, podobnie jak konwencjonalne popioły lotne z węgla kamiennego, można traktować jako dodatki pucolanowe do cementu. Co więcej, dzięki występowaniu w popiołach z palenisk fluidalnych aktywnej pucolanowo fazy w postaci zdehydratyzowanych minerałów ilastych o bardzo wysokiej powierzchni właściwej, aktywność pucolanowa tych popiołów jest zdecydowanie wyższa od aktywności pucolanowej konwencjonalnych popiołów lotnych, w których składnikiem aktywnym pucolanowo jest substancja glinokrzemianowa w postaci zeszklonych kuleczek. Zdehydratyzowana faza glinokrzemianowa stanowiąca ważny składnik popiołów z węgli brunatnych z palenisk fluidalnych posiada własności zbliżone do metakaolinitu. Wiadomo zaś, że sztucznie otrzymywany metakaolinit stanowi wysoko ceniony modyfikator własności spoiw cementowych i mieszanek betonowych. Oprócz dużej ilości składników aktywnych pucolanowo, popioły takie zawierają od kilku do nawet 30 % anhydrytu II. Podnosi to ich wartość jako dodatków do cementu, gdyż anhydryt II stanowi fazę dobrze spełniającą rolę regulatora czasu wiązania cementu. 29 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 29/34 Zastosowanie popiołów jako składników cementu pozwala zatem na ograniczenie nawet znaczne, udziału klinkieru portlandzkiego. Ponadto istnieją możliwości ograniczenia bądź eliminowania dodatku gipsu będącego tradycyjnym regulatorem czasu wiązania cementu. Przy opisanej w zadaniu badawczym 3.8. (Opracowanie metod selekcji i separacji UPS z elementami oceny technologicznej przydatności uzyskanych frakcji) separacji powietrznej popiołów, oczekuje się, że w niektórych popiołach podziarno charakteryzuje się znacznie wyższą zawartością anhydrytu II aniżeli średnia próba, może zatem stanowić cenniy dodatek do cementu, w świetle jego podwójnego oddziaływania jako aktywna pucolana i siarczanowy regulator czasu wiązania cementu. W związku z powyższym, popioły po ich separacji, mają potencjalnie znacznie szerszy zakres wykorzystania jako dodatki do cementu niż konwencjonalne popioły lotne i w technologii cementu mogą być traktowane jako : − regulator czasu wiązania dla cementów typu CEM II, CEM IV i CEM V, − superpucolana (typu metakaolinitu lub pyłu krzemionkowego), modyfikująca własności cementów typu CEM I i CEM II, − kompleksowy dodatek pucolanowo-siarczanowy zastępujący w składzie cementów typu CEM II, CEM IV i CEM V gips i konwencjonalny popiół lotny. Celem badawczym powinno być opracowanie nowych technologii wykorzystania popiołów fluidalnych jako dodatków do cementu, w oparciu o różnego rodzaju receptury, pozwalające w pełni wykorzystać oddziaływanie zawartych w tych popiołach aktywnych składników na hydratację i własności cementów. 3.16 Badania składów mieszanek UPS w kierunku ich wykorzystania jako dodatku mineralnego do betonu towarowego Obowiązująca w Polsce Norma PN EN 450-1 „Popiół lotny do betonu Część 1: Definicje, specyfikacje i kryteria zgodności” dopuszcza pod określonymi warunkami popioły lotne ze współspalania węgla i paliw alternatywnych do stosowania w charakterze składników mieszanek betonowych. Stąd też, dla drugiej grupy partnerów przemysłowych zadaniem badawczym pozostaje optymalizacja składu mieszanek betonowych i prowadzenie odpowiednich badań dla określenia ich własności. W przypadku wybranego partnera przemysłowego II grupy, które zarządza popiołami z kotłów fluidalnych problem jest bardziej złożony, ponieważ ani obowiązująca norma cementowa PN EN 197-1, ani też norma betonowa PN EN 450-1 nie uwzględniają w swoich zapisach fluidalnych popiołów lotnych. 30 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 30/34 Stąd też jakiekolwiek próby wykorzystania popiołów fluidalnych w roli składnika konstrukcyjnych betonów towarowych powinny uwzględniać możliwość przygotowania zaleceń stanowiących bazę do występowania o uzyskanie odpowiedniej Aprobaty Technicznej. Celem badawczym tego zadania powinno być opracowanie receptur mieszanek betonowych z optymalnymi pod względem jakości i ilości dodatkami ubocznych produktów spalania 3.17 Badanie i monitorowanie właściwości fizykochemicznych wybranych elementów powstałych w trakcie realizacji projektu Otrzymywane, zwłaszcza w warunkach przemysłowych, elementy z udziałem ubocznych produktów spalania powinny być monitorowane poprzez odpowiednie badania, takie jak : − Analizy składu ziarnowego, chemicznego i mineralnego, − Weryfikacja trwałości wyrobów w czasie i kontrola ich własności użytkowych, − Badania specjalne, pozwalające na kompleksową ocenę jakości wyrobów i ich wpływu na środowisko naturalne, na przykład badania chemiczne wymywalności metali ciężkich oraz innych wybranych pierwiastków, badania radioaktywności i inne. 4 Oczekiwane efekty 4.1 Zwiększenie wykorzystania UPS w budownictwie i inżynierii lądowej Mając na względzie to, że założenia projektu oparto na raczej realistycznej ocenie oczekiwanych wyników badań poznawczych i technologicznych. oraz na rozpoznaniu oczekiwań i możliwości przedsiębiorstw sektora budownictwa, należy sądzić iż wyniki projektu znacząco wpłyną na zwiększenie wykorzystania UPS w budownictwie i inżynierii lądowej. Podstawowymi czynnikami przemawiającymi za słusznością stawianej tezy, wynikającymi bezpośrednio z efektów niniejszego projektu są między innymi : − Zmniejszenie kosztów wytwarzania określonych rodzajów cementów, zapraw budowlanych, betonów, prefabrykatów budowlanych i kruszyw dzięki wykorzystaniu w ich technologiach odpadowych UPS, − Ograniczenie kosztów budowy dróg przez zastosowanie odpadów w postaci UPS do stabilizacji podłoża, a także do wykonywania podbudów i nawierzchni drogowych, − Ograniczenie ilości deponowanych na składowiskach popiołów, zmniejszające ilość środków jakie przeznaczają przedsiębiorcy na pokrycie opłat za składowanie odpadów, 31 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 31/34 − Zwiększenie możliwości produkcyjnych przemysłu cementowego przy utrzymaniu dotychczasowych poziomów emisji CO2, − Znaczące ograniczenie kosztów surowca wykorzystywanego przy budowie nasypów drogowych oraz wałów przeciwpowodziowych. Podsumowując, badania w obszarach objętych projektem wynikają z dużego zapotrzebowania rynku, determinacji rozwijającego się i poszukującego nowych, oszczędnych technologii sektora budownictwa, a efekty przewidywane do uzyskania mogą mieć znaczący wpływ na rozwój gospodarczy i infrastrukturalny Polski. 4.2.Poprawa konkurencyjności przedsiębiorstw branży budownictwa drogowego Stosowanie popiołów, również ich wybranych frakcji ziarnowych, jako substytutu cementu to redukcja kosztów. Udział popiołów w spoiwie cementowym może doprowadzić do poprawienia konkurencyjności rozwiązań drogowych z zastosowaniem wykonanego z takich spoiw betonu. Kruszywa lekkie – produkcja pozwoli na wypełnienie niedoboru kruszyw naturalnych w Polsce zwłaszcza w regionach centralnych i północnych kraju. Suche mieszanki – zastosowanie popiołów w zaprawach murarskich w roli substytutu zmniejszającego udział cementu lub wapna, wpłynęłoby zdecydowanie na obniżenie kosztu wytwarzania tych zapraw. 4.3.Upowszechnianie wyników, w tym sposób dostępu do praw własności intelektualnej Upowszechnianie wyników projektu w Polsce obejmować będzie informacje o jego zakresie rzeczowym i fakcie finansowania ze środków „IniTech” programu Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego, dla jego potencjalnych odbiorców w formie ogłoszeń, publikacji promocyjnych (artykuły w czasopismach branżowych, monografie, broszury), wydarzeń informacyjnych (seminaria, konferencje) i strony WWW projektu. Informacje te będą dostępne dla wszystkich potencjalnych odbiorców w kraju (grupy docelowej), tzn. dla firm sektora budowlanego, jednostek samorządowych, jednostek wykonujących ekspertyzy przedinwestycyjne, instytucji naukowych. Przewiduje się również przekazanie wyników projektu jednostkom komercyjnym mającym zamiar utworzyć nowe usługi lub produkty w swoich ofertach rynkowych, co ostatecznie będzie wypełnieniem założeń programowych w zakresie transferu technologii do gospodarki. 32 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 32/34 W ramach realizacji projektu partnerzy udostępniają sobie nawzajem niezbędne informacje, wiedzę i rozwiązania istniejące przed rozpoczęciem prac, zgodnie z obowiązującym w Polsce prawem w zakresie ochrony praw autorskich i własności intelektualnej. Wyniki prac badawczych zostaną udostępnione z zachowaniem zasad rynkowych. Po zakończeniu projektu przewiduje się opracowanie biuletynu obejmującego swoim zakresem receptury, zalecenia, wytyczne oraz kierunki ewentualnych zastosowań popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych w budownictwie i inżynierii lądowej. 4.4.Wykonalność i efektywność projektu Projekt ma pozytywny wpływ na stan środowiska naturalnego i stanowi przyczynek do polityki zrównoważonego rozwoju w zakresie wykorzystania zasobów naturalnych, w tym wypadku surowców energetycznych, gruntu, gleby i wód gruntowych, ponieważ jego celem jest maksymalne i możliwie optymalne wykorzystanie odpadów paleniskowych - UPS do produkcji cementu, zapraw budowlanych, betonów, prefabrykatów, kruszyw oraz do zabezpieczania infrastruktury technicznej przy inwestycjach drogowych. We wszystkich tych aplikacjach UPS zastępują surowce naturalne, co ma bardzo istotne znaczenie dla korzyści odnoszonych przez środowisko naturalne. Po pierwsze, oszczędzane są zasoby naturalne kopalin użytecznych, po drugie, eliminuje się negatywny wpływ na środowisko eksploatacji tych kopalin, po trzecie, w związku z zagospodarowaniem zalegających na składowiskach odpadów paleniskowych umożliwia się rekultywację terenów zdegradowanych i po czwarte, dzięki zastępowaniu przez UPS cementu w spoiwach i betonach uzyskuje się znaczące ograniczenie emisji CO2. Efekty społeczne wiążą się głównie z oddziaływaniem projektu, tzn. realizacją usługi, która będzie rezultatem wykorzystania i ostatecznie wdrożenia wyników projektu. Grupa docelowa – potencjalni odbiorcy usługi, to firmy należące do sektorów: materiałów budowlanych, budownictwa i drogownictwa. Inwestycje z kolei przyczyniają się do wzrostu zatrudnienia na obszarach, w których prowadzone będą wdrożenia i docelowa realizacja nowych rozwiązań i technologii. Przewiduje się również umieszczenie wyników badań lub informacji o tych wynikach w bankach danych, które są dostępne dla odbiorców z grupy docelowej, a także dla każdej osoby zainteresowanej przedmiotową problematyką, co znacząco zwiększy wpływ publikowanych informacji na wzrost konkurencyjności jednostek działających w ramach sektorów materiałów budowlanych, budownictwa i drogownictwa. Należy jednoznacznie stwierdzić, iż jest to ważny krok do realizacji założeń polityki 33 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 33/34 społeczeństwa informacyjnego. Po zakończeniu projektu i wdrożeniu do realizacji proponowanych inwestycji nastąpi dalsza poprawa konkurencyjności w sektorach budownictwa i drogownictwa, poprzez wprowadzenie na rynek produktów o wysokiej jakości, spełniających wszelkie warunki bezpieczeństwa oraz normy budowlane i drogowe, a przede wszystkim produktów o niższej cenie w stosunku do tradycyjnych materiałów. ............................................ Miejscowość, data .................................................... podpis osoby upoważnionej do reprezentowania Wnioskodawcy 34 Załacznik nr 1: ZPB/61/65832/IT2/10, str 34/34
