Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych Nr 12

Instytutu Ceramiki
i Materiałów Budowlanych
Scientific Works
of Institute of Ceramics
and Building Materials
Nr 12
ISSN 1899-3230
Rok VI
Warszawa–Opole 2013
120
PRACE BADAWCZE
*7(5.*/&3"-/&."5&3*"}:#6%08-"/&
1(.JOFSBM#VJMEJOH.BUFSJBMT
T e m a t: 3NS01C12
ALBIN GARBACIK, TOMASZ BARAN, GRZEGORZ ADAMSKI, PIOTR
FRANCUZ, BOGUMIŁA DUSZAK
Określenie warunków produkcji klinkierów o niskiej emisji CO2, przy wykorzystaniu surowców wapiennych niewęglanowych
(83 s., 15 wykr., 67 tab.); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB, Kraków
Przemysł cementowy to jedna z najbardziej energochłonnych i CO2–emisyjnych
gałęzi przemysłu. Problematyka pracy dotyczyła ograniczania emisji CO2 z procesów produkcyjnych w przemyśle cementowym. Celem opracowania było
określenie warunków produkcji cementowego klinkieru portlandzkiego zapewniających znaczną redukcję emisji CO2 na jednostkę produkowanego klinkieru
w Cementowni „Warta”. Założeniem programu było zastąpienie tradycyjnych
surowców do produkcji klinkieru portlandzkiego surowcami niewęglanowymi,
bogatymi w tlenek wapnia. Do tego celu wykorzystano popiół lotny wapienny
z Elektrowni „Bełchatów”. Przedmiotem badań objęto zwykłe klinkiery portlandzkie OPC oraz tzw. klinkiery drogowe o umiarkowanej odporności na siarczany MSR i wysokiej odporności na siarczany HSR, aktualnie produkowane
w Cementowni „Warta”.
Wyniki badań potwierdziły możliwość zastosowania popiołu lotnego wapiennego W z Elektrowni „Bełchatów” do produkcji klinkierów (OPC, MSR, HSR)
w Cementowni „Warta”. Wykazano, że zastąpienie tradycyjnych surowców zestawu popiołem wapiennym „Bełchatów” zapewnia redukcję emisji CO2 o 40
kg/tonę klinkieru. Ponadto, modyfikacja charakterystyki modułowej klinkierów,
jak również dobór popiołu wapiennego o wysokiej zawartości CaO i ograniczonej zawartości Al2O3 umożliwiają osiągnięcie redukcji emisji powyżej 60 kg
CO2/tonę klinkieru.
T e m a t: 3NS02C12
WOJCIECH DROŻDŻ, PIOTR FRANCUZ, BOGUMIŁA DUSZAK
Wpływ popiołu lotnego wapiennego W na reakcję alkalia–kruszywo ASR
w betonie
(37 s., 39 wykr., 6 tab., bibl. poz. 21); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB,
Kraków
PRACE BADAWCZE
121
Praca badawcza podejmuje zagadnienie korozji alkalicznej w betonie. Celem
pracy było określenie wpływu popiołu lotnego wapiennego pochodzącego
z Elektrowni „Bełchatów” na przebieg reakcji alkalia–krzemionka. Badania,
będące przedmiotem rozprawy doktorskiej „Wpływ popiołu lotnego wapiennego W na przebieg korozji alkalicznej w betonie”, stanowiły kontynuację oraz
rozszerzenie prac realizowanych w ramach Projektu Strukturalnego POIG
„Innowacyjne spoiwa cementowe i betony z wykorzystaniem popiołu lotnego
wapiennego” określających przydatność popiołu lotnego wapiennego w technologii cementu i betonu.
Badania wykazały, że wartość ekspansji zapraw cementowych zależy od składu
chemicznego popiołu lotnego wapiennego. Potwierdzono, że popioły zawierające mniej CaO są bardziej efektywne w ograniczaniu reakcji alkalia–krzemionka.
Stwierdzono również silną korelację pomiędzy ekspansją zapraw a zawartością
w popiołach CaO, SiO2 oraz Al2O3, wyrażoną ilorazem CaO/(SiO2+Al2O3),
przy braku wyraźnej zależności ekspansji zapraw od zawartości SiO2 i Al2O3.
T e m a t: 3NS03C12
DARIUSZ KALARUS, ALBIN GARBACIK, GRZEGORZ ADAMSKI, PIOTR
FRANCUZ
Bilans metali ciężkich w piecu obrotowym z uwagi na stosowanie paliw alternatywnych
(24 s., 1 rys., 3 wykr., 10 tab., bibl. poz. 26); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB,
Kraków
Celem pracy było zbadanie wpływu stosowania paliw wtórnych pochodzących z odpadów na emisję metali ciężkich z pieca cementowego oraz na jakość
klinkieru portlandzkiego produkowanego z wykorzystaniem tych materiałów.
Analizowany był stopień związania metali ciężkich w klinkierze portlandzkim,
obieg w instalacji piecowej oraz wielkość emisji metali ciężkich w procesie wypalania klinkieru. Analizie poddane były również oddziaływania emisyjne metali
ciężkich z cementu, produkowanego na bazie klinkieru portlandzkiego, wypalanego z dużym udziałem paliw alternatywnych.
Stwierdzono, że głównym źródłem metali ciężkich w klinkierze, oprócz surowców i paliwa konwencjonalnego, są niektóre surowce odpadowe i paliwa alternatywne. Metale ciężkie wprowadzane z surowcem żelazonośnym do mąki
piecowej oraz popiołem z paliw alternatywnych, ulegają związaniu w strukturze
klinkieru portlandzkiego w 99% i wyżej. Badania wymywalności potwierdziły
bardzo wysoki stopień immobilizacji metali ciężkich w klinkierze. Retencja metali ciężkich w klinkierze przekracza 99,5%.
122
PRACE BADAWCZE
Uzyskane wyniki badań zostaną wykorzystane przez przemysł cementowy w rozwoju technologii produkcji cementu z dużym udziałem paliw alternatywnych
i surowców odpadowych pod kątem bezpiecznego oddziaływania na środowisko
naturalne.
T e m a t: 3NS04C12
GRZEGORZ ADAMSKI, ALBIN GARBACIK, DARIUSZ KALARUS,
TOMASZ BARAN
Monitoring emisji zanieczyszczeń gazowych z pieców obrotowych
(30 s., 54 wykr., 4 tab., bibl. poz. 10); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB,
Kraków
Celem badań było określenie poziomów emisji zanieczyszczeń gazowych emitowanych w trakcie procesu wypalania klinkieru portlandzkiego z instalacji wyposażonej w system katalitycznej redukcji emisji NOx. Szczególną uwagę zwrócono na zmiany poziomów emisji zanieczyszczeń gazowych w przypadku modułu
SNCR pracującego i wyłączonego. Do analizy wykorzystano dane pochodzące
z cementowni Monselice (Włochy).
Zakres pracy obejmował:
– analizę poziomów emisji poszczególnych zanieczyszczeń gazowych w okresie
od lutego 2006 do grudnia 2012 r.;
– badania zależności pomiędzy poziomami emisji poszczególnych zanieczyszczeń;
– określono efekt wpływ pracy modułu SNCR na poziomy emisji zanieczyszczeń
gazowych.
Przestawione wyniki stanowią podstawę dla projektu badawczego zakładającego
opracowanie katalizatora do oczyszczania gazów odlotowych ze źródeł stacjonarnych (pieców obrotowych). W projekcie tym zakłada się opracowanie rozwiązania hybrydowego układu katalitycznego działającego w warunkach wysokiej temperatury i zapylenia pod ciśnieniem atmosferycznym.
T e m a t: 3NS36C12
WIESŁAW KURDOWSKI, ALEKSANDRA BOCHENEK
Wpływ bromu na syntezę krzemianu trójwapniowego
(8 s., 6 fot., 9 wykr., 1 tab.); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB, Kraków
PRACE BADAWCZE
123
Celem pracy były badania wpływu bromu na syntezę krzemianu trójwapniowego. Zbadano mieszaniny złożone z węglanu wapnia, pyłu krzemionkowego oraz
bromku wapnia. Wykorzystano mikroskopię wysokotemperaturową, termiczną
i termograwimetryczną analizę różnicową oraz elektronową mikroskopię skaningową, wyposażoną w analizator rentgenowski. Stwierdzono powstawanie fazy
ciekłej w temperaturze ok. 600°C oraz ok. 900°C. Dodatek bromku wapnia
przyspiesza powstawanie krzemianu dwuwapniowego. Obok tej fazy w układzie
trójskładnikowym CaO-SiO2-CaBr2 powstaje bromokrzemian wapnia.
T e m a t: 3NS37C12
WIESŁAW KURDOWSKI, ALEKSANDRA BOCHENEK
Wpływ dużych zawartości cynku w klinkierze na właściwości cementu portlandzkiego
(8 s., 3 wykr., 5 tab., bibl. poz. 15); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB, Kraków
Fazę cynkową Ca3ZnAl4O10 uzyskaną w laboratorium dodawano do przemysłowego cementu portlandzkiego i cementu żużlowego bez gipsu, uzyskanego w laboratorium i zbadano właściwości tych cementów. Badania wykazały, że dodatek
fazy cynkowej nie wpłynął na właściwości przemysłowego cementu portlandzkiego, jeżeli zawartość cynku w cemencie nie przekraczała 1%. Większy dodatek, wynoszący 2% Zn w cemencie, wywołał szybkie wiązanie, spowodowane
krystalizacją ettringitu. Równocześnie wczesna wytrzymałość cementu uległa
zmniejszeniu, jednak po 28 dniach różniła się ona nieznacznie od wzorca.
Ca3ZnAl4O10 dodawane do cementu żużlowego spowodowało bardzo szybkie
wiązanie, będące wynikiem krystalizacji uwodnionego glinianu wapniowego.
Dodatek fazy cynkowej odpowiadającej 2% Zn w cemencie spowodował znaczny spadek wytrzymałości do ok. 8 MPa po 7 dniach twardnienia i brak jej wzrostu do 28 dni.
T e m a t: 3NS05B12
MARZENA NAJDUCHOWSKA, TADEUSZ KACICZAK,
JERZY BALACHA
Wpływ warunków pielęgnacji na właściwości spoiwa epoksydowo-cementowego bez utwardzacza
(30 s., 1 fot., 1 rys., 17 wykr., 3 tab., bibl. poz. 18); maszyn.: ICiMB, Oddział
SiMB, Kraków
124
PRACE BADAWCZE
W pracy podjęto próbę wytworzenia spoiwa PCC epoksydowo-cementowego
bez utwardzacza oraz doboru warunków dojrzewania, które zapewnią korzystne
właściwości wyrobu.
Badania wykazały, że w wyniku modyfikacji zapraw cementowych 10% dodatkiem żywicy epoksydowej oraz przez odpowiednie warunki dojrzewania można
uzyskać korzystniejsze właściwości zapraw (wzrost wytrzymałości na zginanie,
wzrost przyczepności do podłoża betonowego).
Spoiwa cementowo-epoksydowe stanowią jeden z nowych i bardzo obiecujących
kierunków rozwoju technologii kompozytów polimerowo-cementowych. Oprócz
względów praktycznych i technologicznych, szczególnie atrakcyjna jest tu możliwość wykorzystania tego rodzaju materiałów jako „samonaprawialnych”.
Ponadto, spoiwa polimerowo-cementowe zostały zaliczone do grupy zrównoważonych obiektów budowlanych. Stosowanie takich materiałów umożliwia
minimalizację zużycia materii (ochrona zasobów), maksymalizację powtórnego
wykorzystania elementów, renowację, ochronę środowiska i zdrowia człowieka
oraz komfort użytkowania (jakość). Opracowana receptura spoiwa PCC na bazie
cementu i żywicy epoksydowej pozwoli na rozszerzenie oferty wytwarzanych
przez Instytut wyrobów.
T e m a t: 3NS06B12
JERZY BALACHA
Wpływ ilości i rodzaju wypełniacza na właściwości materiałów podkładowych z uwzględnieniem odporności na ścieranie powierzchni betonu, na której materiały zostały zaaplikowane jako posypka
(62 s., 8 fot., 4 wykr., 15 tab., bibl. poz. 31); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB,
Kraków
Powszechnie wiadomo, że odporność na ścieranie materiałów na podkłady podłogowe mocno zależy od rodzaju wypełniacza. Z jego właściwościami związane
są również cechy wytrzymałościowe. Producenci tego typu materiałów niechętnie dzielą się swoim doświadczeniem w zakresie kształtowania tych parametrów,
niewiele też informacji na ten temat znajduje się w ogólnie dostępnej literaturze.
Projekt miał za zadanie ocenić rolę różnych wypełniaczy w kształtowaniu odporności na ścieranie podkładów podłogowych.
Wyniki badań wskazują na silną zależność odporności na ścieranie podkładów
podłogowych od rodzaju użytego materiału wypełniającego. Nie zawsze rodzaj
materiału, którego obecność w materiale podkładowym jest podkreślana przez
producenta, wpływa na polepszenie odporności na ścieranie, jednakże jego zastosowanie jest uzasadnione koniecznością uzyskania przez materiał odpowiednio wysokiej klasy w zakresie innej cechy, np. wytrzymałości na ściskanie.
PRACE BADAWCZE
125
T e m a t: 3NS08B12
ZDZISŁAW NAZIEMIEC
Badania nad możliwością zastosowania pras walcowych w procesach produkcji kruszyw mineralnych
(25 s., 7 rys., 7 wykr., 2 tab., bibl. poz. 23); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB,
Kraków
Prasy walcowe wysokociśnieniowe z uwagi na niską energochłonność znajdują
zastosowanie w przeróbce rud metali, przemiałach klinkieru cementowego i przemiałach kamienia wapiennego na mączki wapienne. W pracy przeanalizowano
możliwość wykorzystania pras w procesach produkcji kruszyw. Na podstawie
analizy procesu rozdrabniania w prasach walcowych określono rzeczywiste naciski występujące w warstwie rozdrabnianego materiału. Obliczenia teoretyczne
porównano z wynikami pomiarów laboratoryjnych. Przeprowadzono próby rozdrabniania surowców skalnych w prasie walcowej laboratoryjnej i prasie przemysłowej. Dokonano oceny efektywności procesu rozdrabniania poprzez ocenę
składu ziarnowego produktów i oznaczenie właściwości fizycznych produktów
otrzymanych z prasy walcowej.
Z prasy walcowej można otrzymać produkt w postaci kruszywa wypełniającego,
kruszywa drobnego i grubego. Energochłonność procesu rozdrabniania w prasie
walcowej jest niska, na poziomie porównywalnym z pionowymi młynami rolowo-misowymi. Produkty rozdrabniania charakteryzują się stosunkowo dużym
udziałem klas średnich, o foremnym kształcie ziaren. Prasy walcowe można
stosować w procesach produkcji wypełniaczy i kruszyw drobnoziarnistych (np.
sorbentów, mączek gruboziarnistych). Do procesów produkcji kruszyw gruboziarnistych prasy nie są wskazane, z uwagi na zmiany w strukturze rozdrabnianych ziaren i ich niską odporność na rozdrabnianie. Kruszywa otrzymywane
z kruszarek stożkowych i udarowych charakteryzują się zdecydowanie wyższym
wskaźnikiem Los Angeles, niż kruszywa otrzymywane z pras walcowych.
T e m a t: 3NS38B12
ZDZISŁAW NAZIEMIEC
Weryfikacja metod badań i oceny reaktywności alkaicznej kruszyw krajowych
(16 s., 5 wykr., 7 tab.); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB, Kraków
Reaktywność alkaliczna kruszyw jest zjawiskiem złożonym i nie do końca rozpoznanym. W betonie reakcja może zachodzić pomiędzy alkaliami i kruszywa-
126
PRACE BADAWCZE
mi zawierającymi reaktywną krzemionkę (ASR), a rzadziej pomiędzy alkaliami
i węglanami (ACR). W Unii Europejskiej reaktywność alkaliczna kruszyw jest
badana i oceniana na podstawie zasad zawartych w normach krajowych.
Celem pracy było porównanie wyników badań reaktywności otrzymanych z różnych metod i ocena reaktywności wybranych kruszyw. Badaniom poddano kilka
typowych krajowych kruszyw. Wykonano oznaczenia składu mineralnego oraz
przeprowadzono badania według stosowanej w Polsce normy PN-91/B-06714/34
– Kruszywa mineralne. Badania. Oznaczenie reaktywności alkalicznej. Ponadto
kruszywa poddano badaniom według metody opisanej w przygotowywanych nowych dokumentach z zakresu normalizacji europejskiej. Z uwagi na trwające
obecnie długotrwałe analizy, porównanie wyników będzie możliwe po ich zakończeniu.
T e m a t: 3NS09O12
STANISŁAW PŁOCICA
Udział w pracach europejskiej Grupy Jednostek Notyfikowanych w zakresie
Dyrektywy 89/106/EWG wyroby budowlane (GNB-CPD/SG02)
(15 s.); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB, Kraków
Celem projektu dla Instytutu jako notyfikowanej jednostki w zakresie Dyrektywy
89/106/EWG dotyczącej wyrobów budowlanych (CPD) jest stały dostęp do wytycznych prowadzenia certyfikacji wyrobów budowlanych oraz współuczestniczenie w projektowaniu i aktualizacji tych wytycznych. Działania te mają zasadnicze
znaczenie dla prawidłowego prowadzenia procesów certyfikacyjnych, a w konsekwencji utrzymania statusu Instytutu jako jednostki notyfikowanej. Uczestnictwo
w pracach GNB-CPD umożliwia współtworzenie wytycznych certyfikacyjnych
i udział w opiniowaniu wytycznych horyzontalnych, a zarazem pozyskiwanie na
bieżąco informacji wykorzystywanych przy prowadzeniu procesów certyfikacji
i nadzoru w obszarze wyrobów budowlanych objętych normami zharmonizowanymi, przy zastosowaniu metod ogólnie uznanych przez europejskie jednostki
certyfikujące zrzeszone w GNB-CPD, a w szczególności w SG02.
T e m a t: 3NS12O12
PIOTR ZAPOLSKI
Problem wpływu niklu, wanadu i arsenu na proces klinkieryzacji oraz właściwości cementów
(14 s., 4 fot., 2 wykr., 4 tab., bibl. poz. 9); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB,
Kraków
PRACE BADAWCZE
127
Celem projektu było zbadanie oddziaływania niklu, arsenu i wanadu wprowadzanych z paliwami alternatywnymi i surowcami odpadowymi na proces produkcji
klinkieru portlandzkiego oraz właściwości klinkierów i cementów produkowanych z wykorzystaniem tych materiałów. W ramach projektu dokonano przeglądu literatury na ten temat. W świetle nowo pozyskanej wiedzy przeprowadzono
analizę posiadanych wyników badań laboratoryjnych dotyczących wpływu niklu
i wanadu, prowadzonych w ramach niniejszej pracy, na proces klinkieryzacji.
Przeprowadzona analiza wykazała, że niezależnie od ilości zawartego w paliwach i/lub surowcach alternatywnych niklu, nie spowoduje on negatywnego
oddziaływania na właściwości cementów, jego oddziaływanie można określić
jako obojętne.
T e m a t: 3NS15K12
PAWEŁ PICHNIARCZYK, MIROSŁAW GNOIŃSKI, ADAM
MATUSIEWICZ, PELAGIA LASKA-JÓZEFCZAK
Wpływ redukcyjnego oddziaływania siarczków zawartych w cementach na
ich właściwości chemiczne i fizyczne
(24 s., 6 wykr., 3 tab., bibl. poz. 29); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB,
Kraków
Badania miały na celu ustalenie wpływu zawartości siarczków na właściwości
chemiczne i fizyczne cementu. Program prac obejmował przegląd literatury oraz
analizę parametrów, na które może mieć wpływ zmienna zawartość siarczków
(strata prażenia, zawartość siarki siarczanowej oraz siarczkowej), jak również
przykładowe obliczenia niezbędne do skorygowania wyników analiz chemicznych wykonanych przy użyciu metody fluorescencji rentgenowskiej XRF.
W wyniku przeprowadzonych prac ustalono, że:
– stosowanie cementów żużlowych wiąże się ze zmniejszeniem ryzyka korozji
siarczanowej i chlorkowej ze względu na większą szczelność betonu, a co za tym
idzie, ograniczenie migracji jonów siarczanowych i chlorkowych;
– obecność siarczków w cemencie może powodować negatywne skutki na przykład tzw. kruchość wodorową, wywołującą osłabienie stali zbrojeniowej w betonie;
– badania zmian w składzie chemicznym cementów, prowadzone w odstępie
jednego roku, wykazały stabilność chemiczną zawartych siarczków;
– pomimo kontaktu materiału próbek z powietrzem, nie zaobserwowano utleniania siarczków do siarczanów, co mogłoby odbić się na zmianach czasów
wiązania cementu.
128
PRACE BADAWCZE
Wyniki otrzymane z przeprowadzonych badań stanowią potwierdzenie stabilności chemicznej cementów zawierających siarczki, nawet w przypadku ich długiego przechowywania (1 rok), a opracowany aparat matematyczny dotyczący
przeliczeń wyników analizy XFR będzie cenną wskazówką dla przemysłu bazującego na tej metodzie badania składu chemicznego.
T e m a t: 3NS16K12
ALBIN GARBACIK, TOMASZ BARAN, PELAGIA LASKA-JÓZEFCZAK,
AGNIESZKA DYBA
Weryfikacja oznaczania zawartości żużla w cementach metodą mikroskopową z uwzględnieniem korekty chemicznej
(31 s. + zał. 24 s., 1 fot., 1 rys., 15 tab., bibl. poz. 22); maszyn.: ICiMB,
Oddział SiMB, Kraków
Celem pracy było sprawdzenie obowiązującej metody oznaczania zawartości
granulowanego żużla wielkopiecowego w cemencie metodą mikroskopową
z uwzględnieniem korekty chemicznej. W stosunku do założeń normy, wahania
jakości żużla dotyczące stopnia zeszklenia, składu chemicznego i miałkości prowadzą do dużych błędów w oznaczaniu tego składnika w cemencie. Rozwiązanie
problemu pozwoli na miarodajne weryfikowanie zawartości żużla w cementach,
deklarowanych przez producentów na podstawie nanogramów lub wskazań urządzeń dozujących. Badania wykonane w ramach realizowanej pracy ukierunkowano głównie na oznaczenie zawartości granulowanych żużli wielkopiecowych
w cementach wieloskładnikowych metodą mikroskopii optycznej, z uwzględnieniem korekty chemicznej.
Wyniki badań pozwalają na sformułowanie następujących wniosków:
– Przy wspólnym mieleniu składników cementu: klinkieru portlandzkiego, gipsu
i żużla, metoda mikroskopowo-chemiczna zgodnie z normą PN-B-19707, załącznik B, nie nadaje się do weryfikacji zawartości żużla w cemencie hutniczym
CEM III/A i powoduje zaniżenie zawartości żużla w cemencie od 13% nawet do
34% (cement z żużlem B).
– Zdecydowanie lepsze wyniki uzyskujemy tylko po określeniu zawartości żużla
metodą mikroskopową, bez korekty chemicznej. Z wyjątkiem żużla B, obserwujemy w tym przypadku tendencje zawyżającą do 13% zawartość żużla w cemencie mielonym.
– Lepsze sprawdzenie się metody mikroskopowo-chemicznej obserwujemy
w przypadku cementów hutniczych CEM III/A, otrzymanych na drodze wspólnego mieszania zmielonych składników cementu: żużla i klinkieru portlandzkie-
PRACE BADAWCZE
129
go. W tym przypadku, z wyjątkiem cementu mieszanego z żużlem B, wyniki
mieszczą się w przedziale 53–65%, z błędem ±7%.
– Dobrą weryfikację metody mikroskopowo-chemicznej obserwujemy w przypadku cementu CEM II/A-S oraz cementu CEM II/B-S.
– W przypadku cementu CEM II/B-S wyniki mieszczą się w przedziale 28–32%,
z błędem ±2%.
– W przypadku cementu CEM II/A-S wyniki mieszczą się w przedziale 17–22%,
z błędem ±7%. Należy jednak zauważyć, że określenie zawartości żużla dla cementu CEM II/A-S, zawierającego 15% żużla, bardzo dobrze się sprawdza tylko
metodą mikroskopową bez korekty chemicznej, gdzie wyniki zawartości żużli
w cementach dokładnie się pokrywają ze składami cementów CEM II/A-S.
T e m a t: 3NS18G12
MICHAŁ WIECZOREK
Wdrożenie symulacyjnej metody badania odporności systemów ociepleń na
działanie czynników atmosferycznych na próbkach wielkogabarytowych
(26 s. + zał. 6 s., 3 fot., 1 rys., 4 wykr., 2 tab., bibl. poz. 6); maszyn.: ICiMB,
Oddział SiMB, Kraków
Zgodnie z wymaganiami dyrektywy budowlanej obiekty budowlane muszą być
projektowane i wykonywane w taki sposób, by spełniały wymagania dotyczące higieny, zdrowia i środowiska. W odniesieniu do ścian zewnętrznych należy uwzględnić dwa wymagania dotyczące wilgotności: zabezpieczenie przed
wnikaniem wilgotności z zewnątrz oraz uniknięcie kondensacji na powierzchniach wewnętrznych i kondensacji wewnętrznej. Celem pracy było wdrożenie
w Zakładzie Gipsu i Chemii Budowlanej symulacyjnej metody badania odporności systemów ociepleń na działanie czynników atmosferycznych. Analiza przyczynowo-skutkowa wad, usterek oraz uszkodzeń pozwoli na wyciągniecie wielu
wniosków praktycznych dotyczących projektowania, wykonawstwa i użytkowania ociepleń wykonanych techniką BSO.
Przedmiot badań stanowiły kompletne zestawy wyrobów stosowanych w bezspoinowym systemie ocieplania ścian budynków z zastosowaniem styropianu jako
warstwy izolacyjnej z tynkami na spoiwie akrylowym i silikonowym. Wykonano
badania systemów ociepleniowych poprzez zaaplikowane ich na wielkogabarytowej ściance badawczej i poddanie działaniu zmiennych czynników cieplno-wilgotnościowych. Następnie określono wpływ składu warstwy zbrojonej oraz warstwy wierzchniej na właściwości użytkowe systemu ociepleń, takie jak: udarność
oraz przyczepność do podłoża.
130
PRACE BADAWCZE
T e m a t: 3NS21G12
PAWEŁ PICHNIARCZYK, KLAUDIUSZ BORKOWICZ
Wpływ metylocelulozy na hydratację cementu portlandzkiego
(19 s., 3 fot., 23 wykr., 2 tab., bibl. poz. 13); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB,
Kraków
Celem prowadzonych prac była ocena wpływu dodatku hydroksypropylometylocelulozy (HPMC) o lepkości wynoszącej odpowiednio 40 i 70 paskalosekund
na przebieg procesu hydratacji alitu oraz glinianu trójwapniowego. Prowadzone
w 2012 r. w tym kierunku prace były kontynuacją badań wykonanych rok wcześniej w ramach pracy statutowej oznaczonej symbolem 3NS36Z11. Badania
obejmowały przygotowanie wielu próbek faz klinkierowych, zarówno czystych,
stanowiących odnośnik do otrzymanych wyników, jak i próbek zawierających
dodatek eterów celulozy o lepkości 40 i 70 Pa∙s, próbek zawierających dodatek
gipsu dwuwodnego oraz próbek z dodatkiem zarówno metylocelulozy, jak i dwuwodnego siarczanu wapnia, tak aby wybrane i przygotowane próbki stanowiły
jak najdokładniejsze odzwierciedlenie materiałów biorących udział w procesie
hydratacji cementu. Przygotowane próby, po przeprowadzeniu kontrolowanej
hydratacji o określonym czasie trwania, przebadano z wykorzystaniem dyfraktometrii rentgenowskiej. Najciekawsze próby poddano badaniom przy użyciu
elektronowego mikroskopu skaningowego.
Otrzymane wyniki analiz RTG oraz wyniki badań mikroskopii skaningowej nie
tylko potwierdziły determinującą rolę glinianu trójwapniowego w procesie hydratacji klinkieru portlandzkiego, ale przede wszystkim potwierdzają założenia
o powstającym, w obecności gipsu i metylocelulozy procesie hydratacji C3A,
monosiarczanie, który tworzy się równolegle do ettringitu, jednocześnie znacznie hamując jego przyrost. Uzyskane wyniki zostaną wykorzystane nie tylko
w publikacjach naukowych, w tym w czasopismach znajdujących się na liście
filadelfijskiej, lecz stanowią również integralną część przyszłej rozprawy habilitacyjnej.
T e m a t: 3NS41G12
MAŁGORZATA NIZIURSKA, MICHAŁ WIECZOREK
Badania zapalności wyrobów budowlanych oraz reakcji na ogień metodą
SBI i płyty promienującej
(19 s. + zał. 8 s., 5 fot.); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB, Kraków
PRACE BADAWCZE
131
Celem realizacji założonego program badawczego było wdrożenie metod badawczych obejmujących badania zapalności i reakcji na ogień wyrobów budowlanych poddanych działaniu pojedynczego płonącego przedmiotu oraz metodą płyty promieniującej. Zgodnie z zapisami normy kwalifikacyjnej PN-EN
13501-1 potencjalny udział wyrobu w rozwoju pożaru zależy w dużym stopniu
od jego końcowego zastosowania w konstrukcji. Dlatego wyrób powinien być
badany zarówno jako składnik niezależny oraz po wbudowaniu w konstrukcję
obiektu. Celem realizowanego tematu było opracowanie procedury jednolitego
sposobu klasyfikacji wyrobu na podstawie wyników uzyskanych z badań reakcji
na ogień.
Przedmiot badań stanowiły wyprawy tynkarskie, płyty gipsowo-kartonowe,
kompletne zestawy wyrobów stosowanych w bezspoinowym systemie ocieplania ścian budynków z zastosowaniem styropianu jako warstwy izolacyjnej oraz
wylewki samopoziomujące. Określono wpływ poszczególnych składników wyrobów na klasyfikację w zakresie reakcję na ogień, wydzielanie dymu oraz pojawianie się płonących kropli i odpadów.
T e m a t: 3NS42G12
MAŁGORZATA NIZIURSKA
Wpływ wybranych dodatków modyfikujących na proces hydratacji spoiwa
dwuskładnikowego: cementu portlandzkiego i cementu glinowego
(30 s., 16 wykr., 13 tab., bibl. poz. 14); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB,
Kraków
Przedmiotem pracy było określenie wpływu wybranych dodatków modyfikujących na proces hydratacji i właściwości zapraw uzyskanych na bazie spoiwa
złożonego z mieszaniny cementu portlandzkiego i cementu glinowego. Dodatki
przyspieszające wiązanie i twardnienie cementu glinowego są powszechnie stosowane przy produkcji zapraw budowlanych. Uzyskanie zapraw budowlanych
specjalnego przeznaczenia, np. zapraw klejowych szybkowiążących, dla których wymagana jest przyczepność do podłoża oraz do płytek ceramicznych na
poziomie min. 0,5 MPa po 6 h od zarobienia z wodą, wymaga zastosowania
mieszaniny tych dwóch cementów oraz odpowiedniego doboru ilości dodatków
modyfikujących.
W ramach realizacji pierwszego etapu pracy przeprowadzono badania wytrzymałości zapraw z cementu glinowego z dodatkiem różnych ilości węglanu litu.
Badania potwierdziły wpływ węglanu litu na przyspieszenie procesu hydratacji
cementu glinowego. Dotyczy to jednakże tylko początkowego okresu hydratacji.
W późniejszym czasie (już po 24 h) dodatek węglanu litu powoduje obniże-
132
PRACE BADAWCZE
nie wytrzymałości zapraw. Najwyższą wytrzymałością po 24 h charakteryzują
się próbki zapraw bez dodatku węglanu litu. W przypadku próbek z dodatkiem
Li2CO3 wytrzymałość po 24 h spada wraz ze wzrostem ilości dodatku.
W oparciu o wyniki przeprowadzonych badań można stwierdzić, że węglan litu
jest skutecznym aktywatorem hydratacji w pierwszych godzinach od wymieszania z wodą, co może być wykorzystywane do przyspieszania narastania właściwości mechanicznych zapraw, takich jak np. zaprawy klejowe do płytek.
T e m a t: 3NS34T12
ELŻBIETA ŻELAZOWSKA, PAWEŁ PICHNIARCZYK, JÓZEF ZAWIŁA,
SEBASTIAN SACHA, JOANNA RYBICKA-ŁADA, SŁAWOMIR PABIAN
Badania nad technologią wytwarzania materiałów podsadzkowych (propantów) stosowanych przy wydobyciu gazu łupkowego
(92 s., 47 rys., 9 tab., poz. bibl. 35); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB, Kraków
W ostatnich kilku latach Polska podjęła intensywne prace ukierunkowane na rozpoczęcie przemysłowej eksploatacji własnych złóż gazu łupkowego. Możliwość
eksploatacji tych złóż wiąże się z rozwojem technologii wykorzystujących szczelinowanie hydrauliczne, przy którym stosuje się propanty ceramiczne, aktualnie
produkowane tylko w Chinach i USA. Zwiększa to ich koszt i pogarsza dostępność, co powoduje konieczność uruchomienia krajowej produkcji propantów. Dla
przygotowanie tej produkcji istnieje konieczność podjęcia prac badawczych w celu
opracowania własnej technologii, gdyż zagraniczne są chronione patentami.
Przedmiotem zadania badawczego było opracowanie składów chemicznych
i surowcowych, dobór warunków i przeprowadzenie prób obróbki mechano-chemicznej i termicznej zestawów surowcowych. Na podstawie wyników prób
w skali laboratoryjnej, opracowano procedurę i przeprowadzono próby otrzymania metodą granulowania wytypowanego propantu w skali 1/4 technicznej
Badania otrzymanych spieków metodami skaningowej mikroskopii elektronowej
SEM/EDS oraz analizy rentgenowskiej XRD, a także badania gęstości i wytrzymałości na zgniatanie potwierdziły, że w oparciu o opracowane zestawy przy
zastosowaniu wypracowanej obróbki mechano-chemicznej i termicznej, możliwe jest uzyskanie propantów ceramicznych, o korzystnym składzie fazowym
i wysokiej odporności mechanicznej. Potwierdzony w wyniku niniejszej pracy
korzystny wpływ zawartości perlitu w zestawach surowcowych propantów ceramicznych stwarza możliwość poszerzenia zakresu stosowania tego surowca.
Wyniki niniejszej pracy mogą być wykorzystane jako podstawy technologii
wytwarzania propantów stosowanych w procesie wydobycia gazu łupkowego.
PRACE BADAWCZE
133
Technologią taką i uruchomieniem produkcji propantów ceramicznych w Polsce,
na potrzeby własne, a możliwie też innych krajów europejskich, wobec deficytu
propantów w Europie, zainteresowanych jest wiele podmiotów gospodarczych.
T e m a t: 3NS35T12
ELŻBIETA ŻELAZOWSKA, SEBASTIAN SACHA
Opracowanie i optymalizacja składu lekkich kruszyw pod kątem zastosowania w przemyśle materiałów budowlanych
(119 s., 75 rys., 13 tab., poz. bibl. 57); maszyn.: ICiMB, Oddział SiMB,
Kraków
Realizacja niniejszego tematu została podjęta w związku z korzystnymi wynikami wstępnych prac realizowanych w 2011 r. i stanowi kontynuację rozpoczętych
badań właściwości użytkowych lekkich porowatych kruszyw szklano-krystalicznych na bazie perlitu.
Celem pracy było opracowanie lekkich materiałów szklano-krystalicznych dla
budownictwa, opartych na zastosowaniu surowców naturalnych o stosunkowo
dużej dostępności i niepełnym wykorzystaniu, jak np. surowiec perlitowy czy
bazalt. W ramach niniejszego projektu opracowano i z pozytywnymi rezultatami
przeprowadzono próby otrzymywania nowych materiałów o charakterze lekkich
kruszyw szklano-krystalicznych na bazie perlitu z udziałem innych surowców
o znanym korzystnym wpływie na właściwości użytkowe, takich jak węglan
i siarczan baru, kaolin, margiel, bazalt, glina, wodorotlenek i tlenek glinu, wykorzystując proces krystalizacji i spieniania podczas obróbki termicznej w temperaturach z zakresu 900–1000°C. Prace badawcze były prowadzone w skali
laboratoryjnej i dotyczyły nowych zmodyfikowanych składów, natomiast badania właściwości użytkowych dotyczyły partii wybranego kruszywa otrzymanej
w skali 1/2 technicznej i miały na celu sprawdzenie wpływu i zachowania kruszywa w przewidywanych zastosowaniach praktycznych, tj. jako wypełniaczy
dla mas betonowych i gipsowych.
Uzyskane pozytywne wyniki badań składu, struktury i morfologii oraz właściwości użytkowych wskazują na celowość dalszej kontynuacji badań pod kątem
wykorzystania w znacznie większym stopniu unikatowych właściwości perlitu
oraz poszerzenia asortymentu syntetycznych kruszyw dla budownictwa i zwiększenie konkurencyjności na rynku krajowym i rynkach co najmniej europejskich.
Ponadto opracowane kruszywa mogą być produkowane bezodpadowo.