CZ178696A3

CZ178696A3 - Konstrukční prvky pro stavebnictví a způsob jejich výroby

Info

Publication number: CZ178696A3
Application number: CZ961786A
Authority: CZ
Inventors: Lubomír Ing. Kašák; Zdeněk Němec
Original assignee: Lubomír Ing. Kašák; Zdeněk Němec
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1996-06-18
Publication date: 1998-01-14

Abstract

Konstrukční prvky pro stavebnictví a způsob jejich výroby spočívající v tom, že sestávají ze směsi vazebních složek, jimiž jsou vápenný hydrát v množství 10 až 25 hm. %, popílek ze spalování uhlí v množství do 50 hm.% nebo cement či cementový pecní prach v množství do 50 hm. %, z inertních komponent, jimiž jsou písek, škvára nebo skleněná drť v množství do 30 hm. %, ze sorpčních komponent, jimiž jsou přírodní diatomitové hlinky, bentonit nebo kaolin v množství až 15 hm. %, z toxických tuhých odpadních látek v množství až do 60 hm. % a z vody do 15 hm. %. Způsob výroby konstrukčních prvků je charakterizován tím, že směs shora uvedených komponent se při normální teplotě lisuje za tlaků 17 až 20 MPa a výrobky se podrobí zrání na vzduchu nebo v prostředí nasycené vodní páry pří teplotách do 130 °C.

Description

Vynález se týká konstrukčních prvků pro stavebnictví, které obsahují aktivní vazební složky, inertní materiály a odpadní látky ve stabilizované zapouzdřené formě a způsobu jejich výroby. Produkty se vyznačují vlastnostmi požadovanými pro stavební prvky a jsou ekologicky nezávadné.

Dosavadní stav techniky

Termické procesy, určené k likvidaci komunálních a toxických odpadů na příklad z nemocnic, skládek chemikálií nebo kontaminované půdy, poskytují jako konečný produkt popel nebo vyžíhanou zeminu, zbavenou sice jedovatých organických sloučenin, obsahující však často vysoce toxické anorganické podíly, které nelze odstranit spalováním. Stejně tak využívání tuhých fosilních paliv pro výrobu energie má za následek vznik poměrně velkého množství pevných popelovitých zbytků a strusky vedle jemného polétavého popílku a prachu ze spalovacích zařízení.

Řada chemických reakcí při čištění kouřových plynů ze spaloven a energetických zařízení poskytuje tuhé, jemně až velmi jemně zrněné odpady s nízkou sypnou hmotností, které se doposud deponují na skládkách. Nehledě na prašnost, mají částice takových odpadů značnou porozitu a velký vnitřní povrch, který zvyšuje chemickou reaktivitu částic a při kontaktu s vodou a usnadňuje vymývání těžkých kovů, které odpady obsahují. Vyluhovatelnost toxických anorganických sloučenin z takovýchto materiálů je často tak veliká, že se proto řadí mezi nebezpečné odpady. Fyzikální a chemické vlastnosti těchto materiálů způsobují značné problémy s jejich přepravou a stabilizací, při čemž samotné uložení představuje zřejmý zdroj následných nákladů souvisejících s monitorováním a nutnou údržbou skládky v dlouhodobém časovém horizontu.

Jinou stejně nebezpečnou a problematickou skupinou jsou azbestové odpady a azbestový prach. Likvidace tuhých minerálních kalů z úpraven vody i z chemických provozů, odpady z obsahem železných i neželezných kovů ze strojírenské výroby a z povrchových úprav, galvanizace a neutralizačních stanic představuje rovněž podstatnou investiční i provozní nákladovou položku v rozpočtu podniků.

Odpady při čištění stok a dešťových vpustí, kaly z údržby vodních toků a vodních nádrží a stabilizované kaly z čištění odpadních vod jsou zatím doposud deponovaný na skládkách. Organické iontoměničové sorbenty znečištěné škodlivinami se obvykle spalují, jejich popel se ukládá.

Podstata vynálezu

Odstranění uvedených nedostatků, problémů a již zmíněných a z ekologického hlediska pouze dočasných řešení likvidace shora uvedených škodlivin, je umožněno jejich vázáním do lisovaných kompaktních bloků, vyhovujích normám pro stavební výrobky i hygienickým normám.

Předmětem vynálezu je konstrukční prvek a způsob jeho výroby (tvárnice, cihla, stavební prefabrikát, blok ), sestávající ze směsi obsahující vazebné komponenty, inertní složky, sorpční komponenty a toxické odpadní látky nebo druhotné suroviny slisované za tlaku. Vazebné komponenty směsi mohou být popílek ze spalování uhlí v množství do 50 hm%, vápenný hydrát v množství 10-25 hm% nebo cement či cementový pecní prach v množství do 50 hm%. Inertní komponenty, zvyšující mechanickou pevnost a tvrdost stavebních prvků, jsou písek, škvára nebo skleněná drť v množství do 30 hm%, sorpční vlastnosti materiálu jsou zlepšovány přídavkem přírodních diatomitových hlinek, bentonitu nebo kaolínu až do obsahu 15 hm%. Toxické tuhé anorganické nebo organické škodliviny lze do směsi přidávat až do obsahu 60 hm%. Vstupní směs musí obsahovat vodu do 15 hm%.

Toxické tuhé odpadní látky mohou být odpadní prach z filtrů ze spaloven komunálních odpadů, škvára, struska a popel ze spaloven nebezpečného odpadu, tuhé reakční produkty z čištění kouřových plynů ze spaloven a energetických zařízení, popel a zbytky z pyrolýzy, zemina znečištěná chemikáliemi, azbestový odpad, tuhé minerální kaly, odpady ze strojírenských výrob, tuhé kaly z galvanoven a soli s omezenou rozpustností, stabilizovaný kal z čištění odpadních vod a kal z údržby vodních toků a nádrží.

Pro zlepšení fyzikálních a estetických vlastností se přidávají do směsi plastifikátory a barviva v množství až do 30 hm%.

Konstrukční prvky podle tohoto vynálezu se vyrábějí v kontinuálně pracujícím zařízení. Před zpracováním se vstupní látky rozdrtí na částice max. průměru 15 mm a odpadní suroviny se zbaví kovových částí. Jednotlivé komponenty se smísí a

požadovaného konečného konstrukčního stavebního prvku. Vylisované stavební prvky se před použitím nechají dozrát za normálních podmínek na vzduchu po dobu 1-6 měsíců v závislosti na požadovaných finálních mechanických vlastnostech. Podle druhu odpadní látky použité k enkapsulaci se stárnutí prvků provádí buď přirozeným dozráváním skladováním na paletách, nebo se výlisky po několikadenním přirozeném tuhnutí následně zvlhčí a pak přirozeně vysychají a dozrávají na paletách. S výhodou lze použít urychleného zrání vytvrzováním působením vodní páry při teplotách do 130 °C bezprostředně po vylisování nebo konečně po několikatýdenním přirozeném zrání se mohou stavební prvky ošetřit hydrofobizačními prostředky.

Příklady proveden? vynálezu.

Příklad č. 1.

Ze směsi 30 hm% popílku, 15 hm% vápenného hydrátu, 30 hm% odpadní sádry po neutralizaci (SYNTHESIA a.s. Semtín, 70% sušina) a 25 hm% inertního stavebního písku byly na kontinuálním zařízení IDOS Inovační centrum Háje vylisovány stavební prvky ve formě 15 x 30 cm při tlaku 170 kp/cm². Bloky byly po vylisování ponechány po dobu 24 hodin v nasycené vodní páře (sytá pára, atmosférický tlak, teplota

130 °C). Poté byly ponechány k volnému dozrávání po dobu 3 týdnů při teplotě 10 15°C.

Fyzikální laboratorní zkoušky:

Pevnost vysušeného vzorku v prostém tlaku dle ČSN 72 2605 25,6 MPa

Pevnost nasyceného vzorku 18,8 Mpa

Rozměry dle ČSN 72 2603 30,11 cm x 15,11 cm x 5,99 cm

Objemová hmotnost přirozená dle ČSN 72 263 4,20 kg

Objemová hmotnost po sušení dle ČSN 72 263 4,00 kg

Objem 2718 cm³

Objem, hmotnost přirozená 1545 kg/m

Objem, hmotnost suchá 1475 kg/m³

Nasákavost 37,4 %

Výsledky stanovení ekotoxicity a výluhů certifikovanými zkušebnami jsou v rámci platných českých norem pro stavební materiály.

Příklad č. 2

Stavební prvky byly vylisovány ze směsí obsahujících odpadní látky podle přiložené tabulky a následně byly charakterizovány jejich mechanické a chemické parametry.

Číslo kategorie odpadu	Charakteristika příměsi
31301	Popílek a prach ze spalovacích zařízení
31305	Popel z uhlí a koksu
31307	Škvára a struska z uhlí
31308	Škvára, struska a popel ze spaloven odpadu z obcí
31309	Prach z filtrů ze spaloven odpadu z obcí
31402	Zbytky otryskovacích hmot
35301	Odpad z obrábění neželezných kovů
31310	Škvára, struska a popel ze spaloven nebezpečného odpadu
31312	Tuhé reakční produkty z čištění kouřových plynů ze spaloven odpadu
31313	Tuhé reakční produkty z čištění kouřových plynů ze spaloven nebezpečného odpadu

Číslo kategorie odpadu

Charakteristika příměsi

31314

35315

31316

31423

31424 31426

31436

31437 31441 53103

53125

59403

71101

94502

94702

94704

94901

94902 podsk.312 podsk.316 podsk.353 podsk.511 podsk.515

Tuhé reakční produkty z čištění kouřových plynů z energetických zařízení

Ostatní odpad s obsahem neželezných kovů

Tuhé pyrolýzní produkty

Zemina znečištěná ropnými látkami

Zemina znečištěná chemikáliemi

Úlomky betonu znečištěné škodlivinami

Asbestový odpad

Asbestový prach

Stavební suť a výkopová zemina znečištěná škodlivinami Zbytky znehodnocených prostředků na ochranu rostlin a prostředků proti škůdcům lontoměničové pryskyřice znečištěné škodlivinami

Tuhé tenzidy

Tuhý radioaktivní odpad z těžby a mechanické úpravy uranové rudy

Stabilizovaný kal z čištění odpadních vod

Odpad z čištění stok a dešťových vpustí

Odpad z lapáků písku

Kal z údržby vodních toků a vodních nádrží

Kal a odpad z provozování rybníků

Hutnické strusky, stěry, prach

Tuhé minerální kaly

Odpad neželezných kovů

Tuhé kaly z galvanoven

Anorganické soli s omezenou rozpustností

Výrobní postup je vysvětlen v následujícím. Odpadní a přídavné látky ( sorpční a inertní látky, barviva a plastifikátory) jsou ze skladovacích bunkrů pomocí vibračních podavačů dopraveny do talířových podavačů, které umožňují jejich dávkování podle technologického předpisu pro daný zpracovávaný odpadový materiál. Takto vzniklá směs je dopravována pásovými dopravníky do vibračního třídiče. Směs odpadu a přídavných látek je na vibračním třídiči rozdělena na podsítnou (velikost částic 5-15 mm) a nadsítnou (nad 15 mm) frakci. V drtiči je nadsítná frakce zpracována na potřebnou velikost a vrácena do vibračního třídiče. Upravená směs odpadu a inertního materiálu je pásovým zásobníkem vedena do komorového zásobníku, ze kterého je transportována na vážící dopravník. Množství směsi je regulováno rychlostí chodu pásového dopravníku a nastavením výstupního otvoru zásobníku.

Odvážené množství odpadu a přídavných látek vstupuje z vážícího dopravníku do šikmého šnekového dopravníku, kde se mísí s vazebnými komponentami ( vápenný hydrát, popílek, cementový prach). Šikmý šnekový dopravník slouží ke konečnému míšení všech složek směsi, k jejímu vlhčení vodou a její dopravě do násypek lisu. Směs je do násypek rozdělována příčným šnekovým dopravníkem s možností změny směru otáčení, který je ovládán přes hladinová čidla v násypkách.

Výrobní kapacita je dána rychlostí stlačení směsi v lisu, kterou je nutno optimalizovat podle druhu zpracovávaných materiálů. Rychlost stlačení je nastavována regulačním ventilem vřazeným do přívodu hydraulické tekutiny.

Technologické schéma linky na výrobu konstrukčních prvků určené ke zpracování toxických odpadů je znázorněno na přiloženém obrázku.

Vylisované stavební prvky se před použitím nechají dozrát za normálních podmínek na vzduchu po dobu 1-6 měsíců. S výhodou lze použít urychleného zrání vytvrzováním působením vodní páry při teplotách do 130 °C bezprostředně po vylisování nebo konečně po několikatýdenním přirozeném zrání.

Stanovení vodného výluhu bylo provedeno podle nařízení vlády č. 513/1992 Sb. metodami plamenové atomové absorpce, elektrotermické atomizace, metodou generování hydridů, anodickou rozpouštěcí voltametrií, fotometrií, volumetricky a gravimetricky podle charakteru stanovovaných prvků. Hodnoty pH a obsah dusičnanů byly určeny potenciometricky a vodivost výluhů byla změřena konduktometricky. Oproti nezapouzdřenému materiálu byly koncentrace toxických látek stanovené ve výluzích mnohonásobně nižší.

Hmotnostní aktivita a_m ²²⁶ Ra (Bq/kg) byla stanovena polovodičovou gama spektrometrií. S výjimkou jediného vzorku s relativně značně vysokou aktivitou ve vstupním materiálu vyhověly měřené vzorky normě pro stavební materiály pro stavbu budov, v nichž mohou být pobytové místnosti.

Ekotoxicita byla měřena standardními metodami na živých organismech s použitím výluhů ze stavebních prvků. Akutní toxicita výluhů byla stanovena na rybě Poecilia reticulata a na korýších Daphnia magna. Inhibice růstu byla měřena na zelené chlorokokální řase Scenedesmus quadrícauda a na kořenech rostliny Sinapsis alba. Testy toxicity byly negativní.

Fyzikální a mechanické vlastnosti stavebních prvků byly stanoveny podle následujících norem: ČSN 72 2600, ČSN 72 2602, ČSN 72 2603, ČSN 72 2605.

Stavební prvky podle tohoto vználezu vyhověly i zkouškám pevnosti v prostém tlaku podle ČSN 72 2610 a při měření nasákavosti podle ČSN 72 2603. V souladu s normou ČSN 72 2606 vyhověly stavební prvky podle tohoto vynálezu zkoušce na mrazuvzdornost, po 15 zmrazovacích cyklech byly vzorky vysušeny a podrobeny zkouškám pevnosti v tlaku.

Průmyslová využitelnost

Konstrukční prvky pro stavebnictví podle vynálezu lze využít pro průmyslové, dopravní a technické stavby, pro ekologické a vodní stavby, opěrné zdi a nádrže. Bloky obsahující záměrně mimořádně velké množství stabilizovaných nebezpečných toxických látek lze bezpečně transportovat a skladovat na zabezpečených úložištích.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Konstrukční prvky pro stavebnictví, vyznačující se tím, že směs pro jejich lisování do formy za tlaku sestává z vazebních komponent, jimiž jsou vápenný hydrát v množství 10-25 hm%, popílek ze spalování uhlí v množství do 50 hm%, nebo cement či cementový pecní prach v množství do 50 hm%, z inertních komponent, jimiž jsou písek, škvára, nebo skleněná drť v množství do 30 hm%, ze sorpčních komponent, jimiž jsou přírodní diatomitové hlinky, bentonit nebo kaolin v množství až 15 hm%, z toxických tuhých odpadních látek v množství až do 60 hm% a z vody do 15 hm%.
2. Konstrukční prvky pro stavebnictví podle nároku 1, vyznačující se t í m, že toxické tuhé odpadní látky jsou prach z filtrů ze spaloven komunálních odpadů, škvára, struska a popel ze spaloven nebezpečného odpadu, tuhé reakční produkty z čištění kouřových plynů ze spaloven a energetických zařízení, popel a zbytky z pyrolýzy, zemina znečištěná chemikáliemi, asbestový odpad, tuhé minerální kaly, odpad ze strojírenských výrob, tuhé kaly z galvanoven, soli s omezenou rozpustností, stabilizovaný kal z čištění odpadních vod a kal z údržby vodních toků a nádrží.
3. Konstrukční prvky pro stavebnictví podle nároku 1 a 2, vyznačující se t í m, že směsi pro jejich výrobu obsahují plastifikátory a barviva v množství až do 30 hm%.
4. Způsob výroby konstrukčních prvků pro stavebnictví podle nároků 1 až 3, v y značující se tím, že se směs sestávající z vazebných, inertních,sorpčních a toxických komponent a vody podle nároku 1 lisuje při normální teplotě ve formě za tlaků 17/ - 20/fo/om2]
5. Způsob výroby konstrukčních prvků pro stavebnictví podle nároku 4, vyzná č u j í c í se t í m, že směs po lisování komponent se podrobí zrání na vzduchu nebo v prostředí nasycené vodní páry při teplotách do 130 °C.