CS271491B2 - Hardenable material resistant to basic deleterious effects - Google Patents

Description

Vynález ее týká tvrditelného materiálu, odolného vůči baeickým agresivním účinkům.

□ak je známo, poěkozuje ve stále vzrůstající míře rozvoj průmyslu a zemědělství, jakož i všeobecné lidské životni podmínky a změny životního způsobu, přírodní životni prostředí. Časem se zvyšuje nejen znečištění vzduchu, ale také kvalita živé hydrologie, půdy a spodní vody doznávají rychlého zhoršováni· Vedle úkolu zneškodnění komunálních odpadů, které se vytvářejí ve stále vzrůstajícím množství, to znamená také zneškodňování průmyslových odpadů, které vznikají ve stále větší míře a nejsou nijak využitelné ani odbouratelné. Toto způsobuje stále vzrůetající těžkosti a problémy.

Z hlediska ochrany životního prostředí je třeba mít na zřeteli obzvláště zabezpečeni průmyslových odpadů, při jejichž rozkladu vznikají škodlivé látky, popřípadě na základě svého složení látky obsahují, které ohrožuji jak přírodní prostředí, tak také lidské zdraví. Tyto znečiářující látky mohou být dáls přepravovány srážkami a/nebo podzemními vodami, takže na základě toho mohou poškozovat stejným způsobem neomezený prostor nad i pod povrchem terénu. Takovýmto zdrojem znečištění je například životni prostředí silně znečišťující červený kal, zůstávající po vyluhováni bauxitu, který odpadá při produkci oxidu hlinitého jako odpadni látka, mající vysoký obsah vody a hydroxidu sodného. Tento materiál mající zásaditou reakci, proniká do podzemních vod a ohrožuje vlivem jsnich proudění například pitnou vodu.

Postupem času se usilovalo životní prostředí poškozující účinek deponií červeného kalu odstranit pomocí spodní vrstvy nepropustné pro vodu, zabudované pod povrchem terénu, vyhloubených silných jílových stěn, popřípadě cementem vázaných zásekových stěn, které uzavírají oblast půdy, ležící pod haldou a tímto způsobem potlačit prosakování basické kapaliny. .

Nevýhoda Jílových stěn spočívá v tom, žs musejí mít poměrně velikou tloušťku к tomu, aby se zaručila potřebná nepropustnost pro vodu, a proto jsou náklady, potřebné к jejich uskutečnění, značně vysoké. Dalším problémem je ta okolnost, že v případě velké tloušťky Je zapotřebí zachování striktních technologických předpisů pro zaručeni homogenní kvality.

Nevýhoda zásekových stěn, zhotovených z vytvrzených materiálů vázaných cementem, spočívá v tom, že to znamená pouze provizorní řešeni, neboť jejich materiál se působením kapaliny, odcházející z alkalických červených kalů, rozruší všeobecně v rozmezí časového období 10 až 20 let. Z tohoto důvodu se musejí po uvedeném časovém období opět nově budovat, což Je přirozeně spojeno s nepříjemnými náklady. (Známé je v průběhu stavby zásekové stěny z půdy vybrat pouze část, odpovídající geometrickým rozměrům budované zdi. Výkop zeminy se provádí za ochrany postranních stěn zářezu proti zříceni pomocí kalu, kterým Je zářez zaplněn. Potom se zářez zaplní železobetonem nebo betonem, který potom kal, sloužící Jako opěra, vytlačí. Tlouěťka zásekové stěny Činí všeobecně 0,3 až 1,0 m, a sice v závislosti na tom, zda má zásekové stěna plnit funkci nosnou, zda má utěsňovat vůči vodě, či má plnit funkce obě).

Příčinou výěe uvažovaného rozrušováni betonových, popřípadě železobetonových zásekových stěn, to znamená jejich korose, je skutečnost, že louhy obsažené v červeném kalu úplně nebo Částečně rozpouštějí komponenty betonu.

Mezi účinnými látkami, které vyvolávají korosi betonu, hrají význačnou roli mimo Jiné basické látky (louhy), které jsou schopné primárně učinit hydratační produkty cementu nebo Jednotlivé druhy přídavných látek do betonu propustnými pro vodu. Zs znalostí výsledků zkoušek vzorků spodní vody, ktsré byly odebírány v okolí deponií (hald) červených kalů, bylo zjištěno, žs tato voda je u deponií, obklopených betonovými nebo železobetonovými zásekovými stěnami, poškozována působením přítomného silně agresivního roztoku hydroxidu sodného. Při tom js třeba brát dáls zřetel na tu okolnost, žs rychlost poškození bstono

CS 271 491 02 vé stěny závisí vedlo primárního působení, totiž chemického vlivu, také na tlaku agresivní kapaliny, působícím na stěnu, Jakož i na porositě betonu. V případě kapaliny (roztoku) obsahující hydroxid sodný, která se nachází v Červených kalech, je obzvláště nebezpečná ta okolnost, že jak hydráty oxidu křemičitého, tak také hydráty oxidu hlinitého a jejich sloučeniny vykazují amfoterní charakter, to znamená, že reagují 8 kyselinami Jako zásady a s louhy jako kyseliny a s těmito tvoří různé soli. Na základě toho rozpouštějí silně basické průsakové vody z Červených kalů ze základních prvků vázaného a ztuhlého betonu jednotlivé komponenty, Jmenovitě z tobermoritu a z kalcium-aluminat-hydrátu, za tvorby hydroxidu sodného, křemiČitanů sodných a aluminátů sodných, Čímž se struktura betonu rozruší.

Úkolem předloženého vynálezu tedy Je zhotovení tvrditelného materiálu, který by byl proti výše detailně popsanému korosnímu účinku odolný, přičemž Jeho mechanické·vlastnosti by odpovídaly požadavkům a mohly by ee měnit v širokém rozmezí.

Podetata vynálezu epočívá na poznatku, že granulovaná a s baeickými aktivačními látkami kombinovaná vysokopecní strueka působí jako hydraulické pojivo, z Jehož eměsi obsahující pevné zrnité přídavné látky a vodu, je možno stavět betonové konstrukce o odpovídající pevnosti, například těsnicí zářezy, nacházející se pod povrchem terénu, přičemž uvedený materiál vykazuje odolnost vůči výše detailně popsaným korosním účinkům. Granulovaná vysokopecní struska disponuje totiž zvláštními hydraulickými vlastnostmi a to znamená, že sama netuhns nebo tuhne velmi pomalu, avšak za přídavku odpovídající aktivační basické látky, jako je například hydroxid vápenatý, uhličitan draselný nebo hydroxid sodný, ztuhne podobně jako portlandský cement. Pevnost vázaného materiálu Je značná, jeho propustnost pro vodu Js dobrá a jeho odolnost vůči basické agresivitě js tak vysoká, že je tento materiál vhodný i z hlediska pevnosti к ohraničení oblasti terénu těsnící zásekovou stěnou pro deponování červených kalů. Takováto stavba je významně hospodárná.

Osou známé pro vodu nepropustné těsnící stěny (které se v tomto oboru označují také jako ^Mdiafragma, ‘'deska”, úzká štěrbinová stěna, popřípadě tenká štěrbinová stěna), obzvláště pouze několik centimetrů silné, které se zhotovují tak, že se Štětovnicovó kovové stavební díly, všeobecně nosníky I-profilu z oceli, netlučou do země až do požadované hloubky a do jimi vytvořeného místa v zemi se současně s Jejich vytažením naplní pomocí technologie injektování směsí ztužitelného materiálu. Použití takovéto konstrukce к zahrazení prosakující vody z červených kalů dosud nepřicházelo v úvahu z důvodu nepatrné chemické odolnosti dosud známého injektačního materiálu, který jako pojivo obsahoval dosud pouze cement. Materiál podle předloženého vynálezu je však diky své odpovídající pevnosti a odolnosti vůči basickým agresivním účinkům pro tento účel výborně vhodný.

Na základě výše uvedených poznatků byly nevýhody známých materiálů odstraněny nalezením tvrditelného materiálu, odolného vůči basickým agresivním účinkům, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z 10 až 50 % hmotnostních vysokopecní strusky, 2 až 15 % hmotnostních basické aktivační látky, 1 až 70 % hmotnostních pevného zrnitého přídavného materiálu, jako js například písek, 20 až 70 % hmotnostních vody a popřípadě 1 až 17 % hmotnostních těsnícího materiálu.

Jako těsnící materiál ss výhodně použije jíl s obsahem alespoň 25 % hmotnostních montmorillonitu, obzvláště aktivovaného bentonitu.

Použitá vysokopecní struska má výhodně takovou zrnitost, že podíl na sítu o velikosti ok 0,09 mm činí nejvýše 15 % hmotnostních celkového množství rozemleté strusky. Použitá rozemletá struska má výhodně jemnost mletí odpovídající specifickému povrchu podle Slaina alespoň 220 m²/g.

Dalším znakem předloženého vynálezu Je skutečnost, že se jako basický aktivační materiál použije hydroxid vápenatý, uhličitan sodný nebo hydroxid sodný a směs se připraví

CS 271 491 B2 všeobecně za přídavku 2 až 15 % hmotnostních basického aktivačního materiálu. Kdy se použije jaký aktivační materiál a v jakém se použije množství, to závisí na okolnostech použití, v první řadě však na charakteru vysokopecní strusky (například zda je basická nebo kyselá)· Když se jako aktivační materiál použije hydroxid vápenatý, činí Jeho množství všeobecně 10 až 15 % hmotnostních, vztaženo na hmotnost směsi, když se použije jako aktivační látka uhličitan sodný nebo hydroxid sodný, činí jeho množství 5 až 8 % hmotnostních, vztaženo na hmotnost směsi.

Základní funkcí bentonitu ve směsi je utěsnění, to znamená zvýšení nepropustnosti pro vodu u hotové konstrukce, přičemž však také na základě svých tixotropních vlastností ulehčuje také zpracování směsi. Aktivní kyselina křemičitá, obsažená v bentonitu, vstupuje ve směsi do reakce s vápnem, přiváděným jako aktivační látka, čímž dochází к začlenění kyseliny křemičité do pevné látky a reakce má za následek zpevnění, popřípadě vytvrzení. Tento postup vytvrzování probíhá pomaleji než postup probíhající ve směsi vyrobené bez bentonitu, což v mnohých případech použití, napříkled při stavbách isolečních záseků pod povrchem terénu, zvyšuje výhody původní směsi, nebot tato směs nyní může lépe postihovat eventuální tvarové změny, následující po zabudování, vzhledem к delší době tuhnutí.

□e třeba mít na zřeteli, že proces tuhnutí směsi podle předloženého vynálezu, avšak bez bentonitu, Je pomalejší, než proces tuhnutí s běžnými maltami β cementovými pojivý, popřípadě □ednak zabraňují uzavírací zdi, obklopující půdu ležící pod centrem «nečištění, které mohou být zhotoveny za malé spotřeby materiálu jako pouze několik centimetrů silné těsnící desky, znečištění podzemních vod zabráněním průsaku basická kapaliny a Jednak se snížením množství vyeokopecní strusky v jejích deponiích umožňuje snížení Škodlivého vlivu této strusky na životní prostředí.

Konkrétní mechanicko-fyzikální vlastnosti konečného produktu mohou být libovolně nastaveny v rozmezí hraničních hodnot.

Mechanické vlastnosti: Tlaková pevnost: pevnost v tahu: elastická tvárnost:

Fyzikální vlastnosti: Propustnost pro vodu: doba tuhnutí:

0,3 až 20,0 N/mm²;

0,1 až 7,0 N/mm²;

0,5 až 1,0 %o.

10^-5 až 10⁸ cm/9;

až 18 h.

Dodatečné ztuhnutí materiálu je značné, nom roce 70 až 80 %.

Pevnost po 90 dnech Je 30 až 40 %, po JedMateriál, popřípadě konečný produkt, má vzhledem ke zlepšené krystalové struktuře pojivá, význačnou primární koroení odolnost.

V náeledujícím jsou uvedeny příklady provedení, které blíže objasňují podstatu vynálezu .

Příklad 1

Půdní hmota, nacházející se pod haldou červeného kalu, odpadajícího při výrobě oxidu hlinitého a shromážděného hydromechanlzační technologií^ se musí ohradit prakticky pro vodu nepropustnou těsnící stěnou, jejíž materiál je podle předloženého vynálezu zhotoven podle následující receptury:

granulovaná rozemletá vysokopecní struska (specifický povrch podle Blaina 250 m2/g)	30 % hmotnostních ’
hydroxid vápenatý	3,0 % hmotnostní

CS 271 491 B2 aktivovaný sodný bsntonit písek voda

3,5 % hmotnostních

29,5 % hmotnostních

34,0 % hmotnostních.

Výše uvedené komponenty se intenzívním mícháním dobře zhomogenizují. Směs se pomoci běžné injektační technologie zavede do půdy. V případě 8 až 10 cm silné těsnící stěny se 2 —6 může dosáhnout tlakové pevnosti po 28 dnech 5 N/mm . Dějí prostupnost činí аэ! 10 cm/э. Těsnící stěna si zachová i přes svou nepatrnou tloušřku přijatelnou těsnost vůči vodě po velmi dlouhou dobu, neboř je odolná vůči škodlivým účinkům kapaliny, vykazující silně basickou agresivitu, která se odlučuje z Červeného kalu.

robí podle následující receptury:

voda granulovaná rozemletá vysokopecní struska (specifický povrch podle Blaina 260 m /kg) hydroxid vápenatý štěrkopísek

Příklad 2

Pro shromažáování a skladování silně basické působeni vykazující kapaliny, odlučující se v haldČ červeného kalu z tohoto kalu, se staví železobetonová jímka. Beton se vy25,0 % hmotnostních

28,0 % hmotnostních

7,0 % hmotnostních

40,0 % hmotnostních

Z uvedených komponent se intenzívním mícháním připraví Čerstvý beton, který se běžnou monolitickou technologii naplní do bednění a zhutní se. Vytvrzený, popřípadě ztuhlý beton snáší na něj působící vlivy dobře, Jeho materiál je prakticky pro vodu nepropustný, přičemž jeho těsnost se po uplynuti určité doby využíváni díky komaci podstatně zlepši. Materiál jímky působením shromažčované a skladované kapaliny nekoroduje.

Příklad 3

Pro odvádění silně basické kapaliny, vylučované z hydromechanizačni metodou ukládané haldy elektrárenského popílku se vybudoval otevřený kanál s vykládaným ložem. Pro výrobu vyložení se použilo směsi následujícího složeni:

voda granulovaná rozemletá vysokopecní struska (specifický povrch podle Blaina 270 m /g) hydroxid sodný aktivovaný sodný bentonit štěrkopísek

26,0 % hmotnostních

32,0 % hmotnostních

5,0 % hmotnostních

8,0 % hmotnostních

29,0 % hmotnostních

Materiál vyrobený intenzívním mícháním uvedených komponent se zpracuje jako monolitický beton. Propustnost pro vodu vytvrzeného vyložení je minimální a výsledky se zlepšují po určité době ještě dále, přičemž vyložení je výborně odolné vůči agresivnímu působení dopravované kapaliny. Ve výše uvedené receptuře js možno nahradit hydroxid sodný stejným množstvím uhličitanu sodného, přičemž se dosáhne stejného účinku.

Claims (8)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Tvrditelný materiál, odolný vůči basickým agresivním účinkům, obzvláště pro výstavbu těsnících desek v agresivních basických půdách a/nebo podzemních vodách, obsahuCS 271 491 B>

   jící hydraulické pojivo, pevný zrnitý přídavný materiál a vodu, vyznačující se tím, že směs obsahuje jako hydraulické pojivo 10 až 50 % hmotnostních vysokopecni etrusky a 2 až 15 % hmotnostních basické aktivační látky, dále obsahuje 1 až 70 % hmotnostních pevného zrnitého přídavného materiálu, jako písku, 20 až 70 % hmotnostních vody a/nebo 1 až 17 % hmotnostních těsnícího materiálu.
2. 2. Tvrditelný materiál podle bodu 1, vyznačující se tím, že těsnící materiál Je tvořen jílem 8 obsahem alespoň 25 % hmotnostních montmorillonitu, zejména aktivovaného bentonitu.
3. 3. Tvrditelný materiál podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že směs rozemleté vysokopecni etrusky má takovou zrnitost, že podíl na sítu o velikosti ok 0,09 mm Činí nejvýše 15 % hmotnostních celkového množství strusky.
4. 4. Tvrditelný materiál podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že rozemletá vysokopecni struska mé jemnost mletí odpovídající specifickému povrchu podle Blaina alespoň 220 m²/kg.
5. 5. Tvrditelný materiál podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že jako basickou aktivační látku obsahuje hydroxid vápenatý, uhličitan sodný nebo hydroxid sodný.
6. 6. Tvrditelný materiál podle bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že jako basickou aktivační látku obsahuje 10 až 15 % hmotnostních hydroxidu vápenatého.
7. 7. Tvrditelný materiál podle bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že jako basickou aktivační látku obsahuje 5 až 8 % hmotnostních uhličitanu sodného.
8. 8. Tvrditelný materiál podle bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že Jako basickou aktivační látku obsahuje 5 až 8 % hmotnostních hydroxidu sodného.