POPIOŁY LOTNE

POPIOŁY LOTNE

I ICH WPŁYW NA

I ICH WPŁYW NA

WŁAŚCIWOŚCI CEMENTU I

WŁAŚCIWOŚCI CEMENTU I

BETONU

BETONU

Prof. dr hab. Stefania Grzeszczyk

Prof. dr hab. Stefania Grzeszczyk

OPOLE

Schemat instalacji pozyskiwania popiołów

lotnych

Główne czynniki wpływające na właściwości

popiołów lotnych

-

rodzaj spalanego węgla

-

stopień rozdrobnienia węgla

-

typ paleniska

Skład
ziarnowy
cementu
portlandzkieg
o „Górażdże

”

Skład ziarnowy
popiołu z
Elektrowni
„Jaworzno III”

Ziarna popiołów lotnych, SEM
x 7 500

Model budowy ziarna popiołu
lotnego

Klasyfikacja popiołów lotnych wg ASTM C
618-89

Klas

a

Typ węgla

SiO

3

+ Al

2

O

3

+

Fe

2

O

3

min. %

CaO

Min. %

SO

3

Min. %

F

kamienny

70,0

-

5,0

C

brunatny

50,0

10

5,0

Klasyfikacja popiołów lotnych w zależności od zawartości

podstawowych składników SiO

2

, Al

2

O

3

, CaO, SO

3

stosowana w Polsce

SiO

2

: Al

2

O

3

2,0 i CaO

15,0 %
krzemianowo-glinianowe

SiO

2

: Al

2

O

3

<2,0; i CaO 15,0 %; SO

3

3,0%

glinianowo - krzemianowe

CaO >15,0 %; SO

3

.3,0%

siarczanowo-wapniowe

Skład fazowy popiołów lotnych
niskowapniowych

FAZA SZKLISTA

na ogół > 80 % mas.

• szkło krzemianowo-wapniowe
• szkło krzemianowo-glinowo-
potasowe

• szkło wapniowo-żelazowo-
krzemianowe

• szkło krzemionkowe

FAZA KRYSTALICZNA

• kwarc
• mulit
• hematyt
• magnetyt

• krzemiany i gliniany
wapniowe

• glinokrzemiany wapniowe
• siarczany i glinosiarczany
wapniowe

• tlenek wapniowy
• peraklyz

Skład mineralny różnych popiołów lotnych

niskowapniowych

Składnik

Popioły lotne

Wielka

Brytania

USA

Japonia

% mas.

Kwarc

1,0-6,5

0-4,0

5,4-11,8

Mulit

9,0-35,0

0-16,0

8,0-18,0

Magnetyt

5,0

0-30,0

-

Hematyt

 5,0

1,0-8,0

0,5-5,3

Szkło

50-90

50-90

69-84

Zmienność składu chemicznego popiołów

lotnych niskowapniowych i

wysokowapniowych

Składnik

Popiół lotny

niskowapniowy

Popiół lotny

wysokowapniow

y

% mas.

SiO

2

34-60

25-40

Al

2

O

3

17-31

8-17

Fe

2

O

3

2-25

5-10

CaO

0,5-5

10-38

MgO

1-5

1-3

Zmienność składu chemicznego szkła w popiołach

lotnych

Składnik

Zawartość

% mas.

SiO

2

27,1-70

Al

2

O

3

7,1-31,2

Fe

2

O

3

0,5-29,8

CaO

1,0-43,7

Rentgenogram popiołu lotnego z Elektrowni
„Jaworzno-III”

faza szklista

uwodnione

krzemiany

i gliniany

wapniowe

Ca (OH)

reakcja
pucolanowa

Schemat mechanizmu hydratacji ziarna
popiołu lotnego

Czas wiązania cementu CEM IIB-V 32,5 R i
CEM I 32,5R

Wpływ temperatury otoczenia na czas
wiązania

cementu

portlandzkiego

popiołowego CEM IIB-V 32,5R

Cement portlandzki popiołowy CEM II/B-V 32,5R charakteryzuje się
inną dynamiką narastania wytrzymałości na ściskanie w porównaniu
do

cementu

CEM

I

32,5R.

W początkowym okresie twardnienia proces ten przebiega wolniej niż w
przypadku cementu portlandzkiego CEM I, natomiast z upływem czasu,
tj. po upływie 56, 90 i 180 dni obserwuje się ciągły wzrost wytrzymałości
cementu CEM II/B-V 32,5R i uzyskiwanie wyższego poziomu
wytrzymałości w porównaniu z cementem portlandzkim CEM I 32,5 R.

Przyrost wytrzymałości na ściskanie cementu CEM
IIB-V 32,5R
w porównaniu do cementu CEM I 32,5R

Umiarkowanej dynamice przyrostu wytrzymałości cementu CEM II/B-
V 32,5R towarzyszy umiarkowane wydzielanie się ciepła podczas
procesów

wiązania

i twardnienia. Na rysunku poniżej pokazano ciepło hydratacji
cementu
CEM II/B-V 32,5R w porównaniu z innymi rodzajami cementów.
Stosunkowo niski poziom ciepła hydratacji pozwala na wykonywanie z
cementu CEM II/B-V 32,5R betonów fundamentowych, betonów
hydrotechnicznych, itp.

Ciepło hydratacji cementu CEM II/B-V
32,5R

(1) zwykły cement

portlandzki

(2) cement

popiołowy
z 40 %
zawartością
popiołów lotnych

Czas t
[h]

S

zy

b

k

o

ść

w

yd

zi

e

la

n

ia

c

ie

p

ła

W

/

[J

/g

·h

]

Dodatkową zaletą cementu portlandzkiego popiołowego CEM II/B-V
32,5R jest mniejszy skurcz w stosunku do cementów portlandzkich
CEM I, co jest istotnym parametrem przy wykonywaniu posadzek,
zbiorników betonowych, stropów, itp.

Skurcz zapraw wykonanych przy użyciu
cementu
CEM II/B-V 32,5R oraz cementu CEM I

Przepuszczalność
betonu

Skład fazowy popiołów lotnych otrzymywanych w

wyniku spalania węgla kamiennego w kotłach

konwencjonalnych i fluidalnych

Faza

mineraln

a

Spalanie tradycyjne > 120

o

C

Spalanie w złożu fluidalnym

Palenisko

z ciekłym

odprowadzani

em żużla

Palenisko

z suchym

dodatkiem

Pod

ciśnieniem

atmosferyczn

ym

Przy

podwyższony

m ciśnieniu

Szkło

72-94

65-88

nie

stwierdzono

nie

stwierdzono

Kwarc

1-9

1-9

2-12

2-12

Mulit

1-12

3-17

nie

stwierdzono

nie

stwierdzono

Illit

nie

stwierdzono

nie

stwierdzono

 50

 50

Hematyt

1-12

1-18

3-9

4-15

Magnety

t

1-7

2-12

4-17

< 1

CaO

całkowi

te

1-5

2-8

5-30

5-30

Kalcyt

nie

stwierdzono

nie

stwierdzono

 1

4-25

Anhydry

t

 1

1-3

10-20

10-20

Główne kierunki wykorzystania popiołów lotnych w
budownictwie



produkcja cementów pucolanowych



produkcja betonów



produkcja spoiw:

- popiołowo – cementowych

- popiołowo – wapiennych

- popiołowo – wapienno – gipsowych



produkcja autoklawizowanych materiałów
budowlanych



produkcja kruszyw



budownictwo komunikacyjne:

- nasypy

- stabilizacja gruntów i kruszyw