CZ32280U1 - Hydraulické pojivo na bázi popela a betonový silniční panel jej obsahující - Google Patents

Description

Předkládané technické řešení se týká hydraulického pojivá na bázi popela a betonového silničního panelu, určeného pro stavbu dopravních komunikací a dopravních odstavných, parkovacích a průmyslových ploch.

Dosavadní stav techniky

Při výrobě elektrické energie spalováním uhlí vzniká řada sekundárních energetických produktů. Mezi ně patří úletový elektrárenský popílek, sádrovec a fluidní popílek z odsiřovacích procesů kouřových plynů. Nově také popílek z procesů odstraňování NOx z kouřových plynů (deNOx popílek, ammonia contaminated fly ash). Tyto produkty vznikají v ČR i ve světě v obrovských množstvích.

Při spalování uhlí klasickým způsobem vzniká při teplotách 800 až 1100 °C z nespalitelných částí uhlí vysokoteplotní úletový popílek. Pojem vysokoteplotní úletový popílek označuje popílek vzniklý bez spoluspalování CaO. Popílek jez kouřových plynů odstraňován v elektrofiltrech. Chemické a mineralogické složení vysokoteplotních popílků je pestré a závisí na lokalitě uhlí a technologii spalování. Vysokoteplotní úletové popílky obsahují převážně hlinitokřemičitou skelnou fázi, dále je obsažen ve skelné fázi i Ca, Mg, Fe a další. Morfologie těchto popílků je také pestrá, převažují skelné kulovité částice. V popílku jsou obsaženy také některé krystalické fáze, jako je křemen, mullit, hematit a další.

Rozsáhlé přehledy o dosavadním stavu využití úletových křemičitých popílků byly uveřejněny: v M. Ahmaruzzaman „A review on the utilization of flyash“, Progress in Energy and Combustion Science, díl 36, č. 3, červen 2010, str. 327-363, a v Z.T. Yao, X.S. Ji’, P.K. Sarker, J.H. Tang, L.Q. Ge, M.S. Xia, Y.Q. Xi:“ A comprehensive review on the applications of coal fly ash“, Earth- Science Reviews Vol. 141, February 2015, Pages 105-121 a dále v R.S. Blissett, N.A. Rowson :“A review of the multi-component utilisation of coal fly ash“, Fuel Vol. 97, July 2012, Pages 1-23.

Pro vysokoteplotní úletový popílek existuje řada norem, které vymezují jeho složení. Jsou v nich vymezeny limity pro obsah SiO₂, obsah aktivního SiO₂ (ČSN EN 197-1), obsah CaO (CSA A3001), obsah SiO₂+Al₂O3+Fe₂O3 (ASTM C 618). Všechny normy striktně vymezují obsah SO3 na max. hodnotu 3 až 5 %.

Jiných charakter má popílek z fluidního spalování uhlí při současném přidávání mletého vápence s cílem odstranit z kouřových plynů SO₂. Při tomto suchém odsiřovacím postupu při teplotách optimálně do 850 °C probíhají reakce:

• Vyhořívání organické části uhlí • Rozklad vápence na CaO • Rozklad nespalitelných jílovitých částí a jejich částečné slinutí • Postupná sulfatace částic CaO na CaSO4 Tyto reakce probíhají ve fluidním loži velmi rychle.

Vzniklý produkt - úletový fluidní popílek a ložový fluidní popel z odsiřovacího procesu obsahuje CaSO4 anhydrit II (vysokoteplotní), převážně amorfní částečně slinutou hlinitokřemičitou fázi, zbytky volného CaO a některé krystalické minerály z nespalitelných částí uhlí, jako je křemen, hematit. Hlinitokřemičitá fáze vzniká z kaolinitických resp. jílovitých částí uhlí. Morfologicky se úletový fluidní popílek a ložový fluidní popel výrazně odlišuje od vysokoteplotního úletového

- 1 CZ 32280 UI popílku. Úletový fluidní popílek a ložový fluidní popel mají porézní částečně slinuté hlinitokřemičité částice, částice CaSO4 a CaO.

Při fluidním spalování uhlí za přísady mletého vápence vzniká jednak úletový fluidní popílek z odlučovačů a hrubý ložový fluidní popel. Jedná se o dva různé typy produktu fluidního spalování uhlí, jak je patrné například z ČSN 72 2080 „Fluidní popel a fluidní popílek pro stavebí účely“. Tato norma popisuje druhy fluidních produktů při spalování uhlí. Jsou to tuhé zbytky fluidního spalování uhlí, směsi minerálního podílu uhlí a produktu odsíření vzniklých reakcí sorbentu (např. vápenec, dolomit) s oxidem siřičitým (teplota jejich vzniku nepřesahuje 850 °C. Podle této normy se rozlišuje fluidní popel z lože a fluidní popílky z filtru nebo cyklonu. Popely a popílky se od sebe liší granulometrií. V dalším textu je ve smyslu této normy použit termín úletový fluidní popílek a ložový fluidní popel.

Úletový fluidní popílek je jímán z horní části fluidního kotle z proudu kouřových plynů elektrofiltry. Další část fluidního popela propadá do spodní části fluidního kotle, kde je jímána jako fluidní ložový popel. Úletový fluidní popílek a ložový fluidní popel se od sebe liší především ve velikosti částic a obsahu volného CaO. Úletový fluidní popílek má obvykle interval velikosti částic 0,5 až 200 pm a obsahuje 1 až 8 % volného CaO. Ložový fluidní popel je výrazně hrubší a kompaktnější a má rozdělení velikosti částic 0,5 pm až 80 mm. Obsah volného CaO je vyšší než u úletového fluidního popílku, a to v rozmezí 8 až 20 %. V ložovém fluidním popelu může být také obsažena malá část písku, který je přidáván pro stabilizaci fluidního lože. Křemenný podíl z pískuje součástí krystalických částí ložového fluidního popela.

Úletový fluidní popílek a ložový fluidní popel z odsiřovacích procesů se využívají jen velmi omezeně. Základním problémem je vznik destrukčního expanzivního ettringitu při hydrataci fluidního popílku nebo popelu. Z tohoto důvodu není dovoleno používat fluidní popílek či popel jako přísadu do cementů a betonů. Využití popelu a popílku z fluidního spalování pro výrobu betonu je tak podle normy ČSN EN 450 a ČSN EN 206 nepřípustné. Použití fluidního popílku a popelu jako přísady do cementů, malt a betonů je spojeno s nebezpečím expanzních reakcí, snižování pevností a následnou destrukcí. Fluidní popílek se proto využívá jen z malé části a to především jako složka solidifikačních nebo zpevňujících vrstev. Většina fluidního popílku a popelu je deponována.

Výzkum možností přípravy materiálů z fluidního popílku je předmětem trvajících výzkumných prací, jak o tom svědčí údaje z literatury.

Z CZ 299539 je známa směs pojivá a plniva pro výrobu pevných, ve vodě stálých a nehořlavých stavebních hmot a výrobků, která obsahuje ložový popel z fluidního uhlí s přídavkem přírodního bentonitu, jehož převážnou složkou je montmorillonit, v hmotnostním poměru směsi v oblasti 9:1. Tato směs dále obsahuje plnivo, vybrané ze skupiny, zahrnující křemenný písek z plavení kaolinu, kamennou drť, vysokopecní strusku, ocelářskou strusku, jemný obrus slídy a přírodní lupek, přičemž měrný povrch částic této směsi bez alkalických složek jev rozsahu od 600 do 2000 m²kg¹.

Ze spisu CN 101643328 je známo složení směsi 15 až 50 % fluidního popílku z odsiřovacích procesů, 44 až 83 % slínku portlandského cementu a 2 až 6 % sádrovce.

Ze spisu CZ 2008-662 je známo pojivo, zejména cement, vyznačující se tím, že obsahuje vztaženo na hmotnost směsi až 99 % hmotn. cementářského slínku, od 0,5 do 99 % hmotn. fluidních popílků, až 99 % hmotn. křemičitých popílků a/nebo vápenatých popílků a/nebo ostatních složek vybraných ze skupiny zahrnující strusku, pucolány, tufy, křemelinu apod., přičemž zbytek tvoří nečistoty.

Dále je známa ze spisu číslo CZ 20316 U1 suchá pojivová směs pro výrobu malt, obsahující cement a/nebo vápenný hydrát, vyznačující se tím, že je tvořena až 75 % hmotn. fluidního

-2CZ 32280 UI popílku, přičemž zbytek do 100 % hmotn. tvoří cement nebo vápenný hydrát a/nebo jejich vhodná kombinace. Dále tato směs může obsahovat vláknitou výztuž v množství do 0,5 % hmotn., která má zamezit vzniku trhlin vlivem objemových změn (expanze).

Je známo z CZ 22 922 U1 hydraulické pojivo na bázi fluidních popílků vyznačující se tím, že obsahuje fluidní popílek a vápenný hydrát ve vzájemném hmotnostním poměru v rozmezí od 25 % popílku: 75 % vápenného hydrátu až 65 % popílku: 35 % vápenného hydrátu a má hydraulický modul v rozmezí M_H =3,0 až M_h=1,0. Dále hydraulické pojivo s upřesněným poměrem popílku: vápennému hydrátu a upřesněným Mh. Toto pojivo vykazuje objemové změny (expanzi) v rozmezí +3 až 3,9 procent (uvedeno v příkladech).

Je známo tepelné hydrotermální zpracování úletového fluidního popílku při teplotách vyšších než 100 °C, optimálně při 175 až 230 ⁰ C v autoklávu z prací „Cementitious Materials Based on Fluidized Bed Coal Combustion“ autorů Havlica J., Odler I., Brandštetr J., Mikulíková R., Walther D. v Advances Cem. Res. 16 (2004), No. 2, s. 61-67 a „Durability of autoclaved aerated concrete produced from fluidized fly ash“ autorů Drábik M.,Balkovic S., Peteja M. v CementWapno-Gips str. 29-33, no.7, 2011.

Dále je znám z CZ 305 487 (PV 2013-155) způsob zpracování energetických produktů- fluidního popílku z procesu fluidního spalování uhlí s mletým vápencem, kdy fluidní popílek obsahuje kromě hlinitokřemičité látky také nejméně 2 % hmotn volného CaO a nejméně 2 % hmotn. CaSO4. Připraví se směs fluidního popílku s vodou, obsahující plastifikátor, s výhodou na bázi karboxylátů či derivátů fosfonátů, pro zlepšení Teologických vlastností v koncentraci 0,2 až 3 % hmotn., vztaženo na hmotnost fluidního popílku, a dále se přidá se 2 až 30 % hmotn., vztaženo na hmotnost fluidního popílku, vápenného hydrátu, kdy poměr voda/fluidní popílek je 0,5 až 1,5. Připravená směs se uloží 0,5 až 4 hod. při teplotě 15 až 25 °C a poté se ponechá 2 až 36 hodin v horké vodní páře při teplotě 40 až 95 °C, nebo se ponechá volnému tuhnutí při běžné teplotě. Přísada plastifikátoru na bázi polykarboxylátů, resp. polyfosfonátů, změnila habitus expanzního ettringitu takovým způsobem, že ke škodlivé expanzi nedochází, což rozšiřuje možnosti využití fluidního popílku. Změna spočívá v přeměně původně usměrněných masivních jehlic na neusměměné vláknité tenké krystalky. Dle CZ 305 487 lze připravit třísložkové hydraulické pojivo o složení: fluidní popílek + úletový popílek + Ca(OH)2.

CZ 306484 (PV 2015-882) popisuje způsob přípravy bezslínkového hydraulického pojivá na bázi fluidního popílku smíchaného se záměsovou vodou obsahující plastifikátor a jejich semletím na měrný povrch 350 až 650 m²/kg.

Podstata technického řešení

Předkládané technické řešení se týká hydraulického pojivá na bázi ložového fluidního popela. Termín hydraulické pojivo značí pojivo, které tuhne za přítomnosti vody, tedy výsledný produkt spojený hydraulickým pojivém odolává působení vody. Podmínkou, aby pojivo plnilo svou funkci a nedocházelo k přílišným objemovým změnám, je semletí fluidního ložového popela na měrný povrch 350 až 1050 m²/kg, s výhodou na 450 až 800 m²/kg. Mletí na vyšší měrný povrch nad 1050 m²/kg a další zvýšení obsahu frakce menších než 2 pm způsobuje větší smrštění a křehnutí materiálu. Mletí na nižší měrný povrch menší než 350 m²/kg způsobuje dosažení nižších pevností a tendenci k vyšším objemovým změnám. Semletím ložového fluidního popela se výrazně zvýší objemová stálost pojivá. Bylo zjištěno, že rozložení volného CaO v ložovém fluidním popelu je nestejnoměrné. V hrubých frakcích s velikostí částic nad 250 až 500 pm je obsah volného CaO a CaSO4 velmi nízký. Naopak v těchto frakcích je výrazně vyšší obsah Fe₂O₃.

Podmínkou pro správnou funkci pojivá na bázi ložového fluidního popela je obsah volného CaO, především ve frakcích s velikostí částic menší než 250 až 500 pm, a to nejméně 8 %. Pokud je

-3 CZ 32280 Ul obsah volného CaO nižší než 8 %, pak dosažené pevnosti jsou nízké a zvyšuje se tendence k objemovým expanzním změnám. Vzhledem k rozdílnému obsahu CaO v úletovém fluidním popílku (méně než 8 % CaO) a v ložovém fluidním popelu (8 až 20 % CaO) jsou výsledné vlastnosti pojivá, při stejném dávkování a stejných fyzikálních parametrech (měrného povrchu a rozdělení velikosti částic) obou typů popelů a popílků, různé.

Pojivo na bázi ložového fluidního popela podle předkládaného technického řešení vykazuje stabilní dlouhodobé pevnosti a je dlouhodobě objemově stálé. Rovněž vykazuje vysokou odolnost vůči agresivním roztokům solí. Při hydrataci semletého fluidního ložového popela dochází k reakcím (všechny hydratační reakce jsou urychleny semletím ložového fluidního popela na vysokou jemnost):

• Rozpad povrchové vrstvy CaSO4 na částicích CaO • Reakce CaO s vodou za vývoje hydratačního tepla CaO+ H₂O na Ca(OH)₂ analogie k hašení měkce páleného vápna • Pomalá hydratace CaSO4 All na CaSO4. 2H₂O

Ca(OH)₂ působí jako urychlovač hydratace CaSO4 All • Reakce hlinitanové části z amorfní hlinitokřemičitanové fáze (blízké charakterem k metakaolinu) „Al část“ + Ca(OH)₂ + CaSO4.2H₂O + H₂O na ettringit (hydratovaný sulfátohlinitan vápenatý) za vývoje hydratačního tepla • Vývoj pojivové fáze z amorfní hlinitokřemičitanové fáze ,„Al,Si část“ + Ca(OH)₂ + H₂O na amorfní fázi C-A-S-H resp. C-S-H

Hlinitokřemičitá fáze (metakaolin) v důsledku velmi rychlé dehydratace a dehydroxylace kaolinitických resp. jílovitých částí uhlí při pálení ve fluidním loži, má vysokou reaktivitu a reaguje velmi rychle s Ca(OH)₂, jak bylo uvedeno v. K.S.Rasmussen, M.Moesgaard, L.I.Kohler, T.T.Tran, J.Skibsted: Comparsion of pozzolanic reactivity for flash and soak calcined clays in Portland cement blends, in Calcined clays for sustaible concrete, Proceedings 1 st Intem.Conf. on Calcined clays for sustainable concrete, ed. K.Scrivener, A.Faviér (2015). Přítomnost CaSO4.2H₂O (přítomnost iontů SO4² ) v kapalné fázi také urychluje vývoj pojivové fáze.

• Krystalické části fluidního ložového popela jako je hematit a další se hydratačních pochodů zúčastňují jen v omezené míře • Obsah Ca(OH)₂ se postupně snižuje v důsledku vývoje hydratačních produktů. Dlouhodobá přítomnost Ca(OH)₂ je zřejmě příčinou vývoje vysokých pevností pojivá.

• Na expanzi na počátku hydratace umletého ložového fluidního popela se podílí vápenná expanze (hydratace CaO na Ca(OH)₂), sádrovcová expanze (hydratace CaSO4 na CaSO₄.2H₂O.

• Dlouhodobě mají kaše, malty i betony z tohoto pojivá objemově stabilní charakter. Pokud má zatvrdlé pojivo nízké počáteční pevnosti (cca 10 až 20 MPa po 28 dnech) je hodnota expanze vyšší. Vysoké počáteční pevnosti pojivá eliminují destrukční charakter probíhající expanze.

• Zatvrdlé pojivo dosahuje v průběhu 28 až 150 dnů pevností 50 až 150 MPa (v tlaku).

-4CZ 32280 UI

Předmětem předkládaného technického řešení je hydraulické pojivo na bázi popela, obsahující směs ložového fluidního popela, vzniklého fluidním spalováním uhlí s mletým vápencem, a záměsovou vodu, přičemž ložový fluidní popel obsahuje alespoň 8 % hmotn. CaO, alespoň 2 % hmotn. CaSO4 a alespoň 5 % hmotn. hlinitokřemičité látky, a přičemž množství záměsové vody jev rozmezí od 20 do 65 % hmotnosti ložového fluidního popela;

a přičemž měrný povrch částic ložového fluidního popela je v rozmezí od 350 do 1050 m²/kg, s výhodou od 450 do 800 m²/kg, odpovídající mediánu velikostí částic d50 větší než 5 pm.

S výhodou je obsah CaO v ložovém fluidním popelu v rozmezí od 8 do 20 % hmotn., výhodněji v rozmezí od 10 do 20 % hmotn.

Hlinitokřemičité látky jsou hlinitokřemičité anorganické látky vybrané ze skupiny zahrnující křemelinu, metakaolín, kalcinované břidlice, přírodní jíly.

V jednom provedení obsahuje záměsová voda v hydraulickém pojivu podle předkládaného technického řešení dále plastifikátor v množství do 6 % hmotnosti ložového fluidního popela, s výhodou do 3,5 % hmotnosti ložového fluidního popela.

S výhodou je plastifikátor vybraný ze skupiny zahrnující sulfonované polymery melaminu s formaldehydem se základní jednotkou vzorce (I),

vzorec I;

polykarboxyláty se základními jednotkami vzorců (II) a (III), R

COOM vzorec II

vzorec III

-5 CZ 32280 UI kde M je alkalický kov, R¹ je Η, M, methyl, NH₄ ⁺, fosfonát nebo sůl kyseliny fosfonové s hydroxidem alkalického kovu, EO je oxyetylenová skupina a R je metyl nebo H a r je v rozmezí od 1 do 5;

a polymery difosfonátů se základní jednotkou vzorce (IV)

P vzorec IV, kde R je H, OH nebo methyl a R² je H nebo P(O)(OH)₂; a polyethylenglykoly obecného vzorce (V)

vzorec V, kde R je H nebo methyl;

přičemž molekulová hmotnost plastifikátoru je s výhodou v rozmezí od 20 000 do 50 000; s výhodou je plastifikátorem aminodifosfonát polyoxyetylenu vzorce (IV) a/nebo polyethylen-glykol-monometylether vzorce (V).

Plastifikátorem může být například i blokový kopolymer, v němž jednotlivé bloky jsou tvořeny polymery se základními jednotkami vzorců (II) a/nebo (III), například blokový kopolymer vzorce

ONa vzorec VI.

Plastifikátory na bázi polykarboxylátů jsou na trhu pod obchodními názvy MasterGlenium, Mapefluid, Dynamon. Jejich složení je popsáno v patentové přihlášce US 5494488 A jako polykarboxyláty se strukturou (X, Y, Z), kde X je A

-6CZ 32280 UI

Yje

CH--C-)-I I m

B COOM

CH--C

I I π

B C=O

COyOM r aZje přičemž A je H, OH, (Cl až C6)alkyl, CH₂ CO(DECO)_r-i OM;

B je H, OH, (Cl až C6)alkyl, COOM;

Dje 0, NH;

Eje(Cl ažC6)alkyl;

F je kopolymerizovatelný monomer;

M je H, alkalický kov nebo kov alkalických zemin, NHZ, substituovaný NHZ nebo -(CH2-CH2-Oj^M¹, kde M¹ je M kromě -(CHí-CHí-Oj^M¹;

r = 1 až 5;

a m = 0 až99,5 mol.%, n = 0,5 až 100 mol.%, q = 0 až 99,5 mol.%, přičemž m+n+q=100 mol.% a Y je alespoň 1 % hmotnosti uvedeného polykarboxylátů;

a dále v dokumentech WO 2014135318 AI, US 20110269875 AI, US 20070043190 AI, DE 10063291 AI a US 20090111913 AI.

Plastifikátory mohou dále obsahovat modifikované základní jednotky polykarboxylátů, např. jak je uvedeno v publikaci J.Plank „Concrete Admixtures -where are we now and what can we expect in the future“, sborník kongresu IBAUSIL 19th, 2015 (Schema 1) nebo Wilinski D., Lukowski P., Rokicki G., Polimery 2016, 61, nr 7-8.

-7 CZ 32280 UI

Schema 1

V jednom provedení obsahuje hydraulické pojivo podle předkládaného technického řešení dále vysokoteplotní úletový popílek. S výhodou je množství (hmotnost) vysokoteplotního úleového popílku v hydraulickém pojivu podle předkládaného technického řešení menší nebo rovné ίο množství (hmotnosti) ložového fluidního popela, výhodněji obsahuje pojivo podle předkládaného technického řešení vysokoteplotní úletový popílek v množství do 80 % hmotnosti ložového fluidního popela, ještě výhodněji do 50 % hmotnosti ložového fluidního popela, nejvýhodněji v množství do 20 % hmotnosti ložového fluidního popela.

Předmětem předkládaného technického řešení je dále betonový silniční panel, obsahující plnivo, pojivo a vodu, kde plnivem je kamenivo, s výhodou o velikosti částic do 32 mm, a pojivém je hydraulické pojivo podle předkládaného technického řešení. Betonový silniční panel je určený

-8CZ 32280 UI k vytváření dočasných a účelových komunikací (např. staveništních a obslužných průmyslových komunikací) a dočasných objízdných komunikací, dále pro vytváření dopravních odstavných ploch, parkovacích, průmyslových a jiných ploch se klonem nepřesahujícím 10 %. Předpokládaná životnost dílců je 5 let a předpokládané dopravní zatížení třídy IV až VI podle ČSN 73 6114. Dílce jsou navrženy pro jednorázové použití.

Ve výhodném provedení betonový silniční panel obsahuje 40 až 85 % hmotn. plniva, 10 až 50 % hmotn. pojivá a alespoň 5 % hmotn. vody, s výhodou obsahuje 75 až 80 % hmotn. plniva, 13 až 16 % hmotn. pojivá a 7 až 11 % hmotn. vody.

V jednom provedení betonový silniční panel podle předkládaného technického řešení dále obsahuje do 5 % hmotn. (celku) příměsí, vybraných ze skupiny zahrnující vysokoteplotní elektrárenské popílky, křemičitý úlet, vysokopecní strusku.

V jednom provedení betonový silniční panel podle předkládaného technického řešení dále obsahuje ocelovou výztuž, s výhodou je ocelová výztuž uložena při spodním a/nebo horním povrchu betonového silničního panelu. Krytí výztuže je alespoň 25 mm. S výhodou obsahuje betonový silniční panel podle předkládaného technického řešení alespoň čtyři zabudované ocelové manipulační úchyty.

Ve výhodném provedení obsahuje betonový silniční panel podle předkládaného technického řešení do 3 % hmotn. ocelové výztuže (vztaženo na celkovou hmotnost betonového silničního panelu). Ocelová výztuž betonového silničního panelu je s výhodou ve tvaru plných ocelových tyčí, většinou o v podstatě kruhovém průměru, které mohou být opatřeny zdrsněním nebo výstupky pro zajištění soudržnosti výsledného železobetonu. Ocelové tyče mohou být v železobetonu umístěny jednotlivě nebo mohou být vzájemně svařeny do sítě.

Ve výhodném provedení má betonový silniční panel podle předkládaného technického řešení tvar v podstatě kvádru, jehož nejkratší hrana má velikost v rozmezí 200 mm až 220 mm. S výhodou má jeho nejdelší hrana velikost v rozmezí 2900 mm až 3100 mm. S výhodou má jeho třetí hrana velikost v rozmezí 900 mm až 2100 mm.

Objasnění výkresů

Obr. 1: Ložový fluidní popel s přítomnými fázemi

Obr. 2: Zonální charakter částice CaO obklopené vrstvou CaSO₄v ložovém fluidním popelu.

Obr. 3: Hlinitokřemičitá část ložového fluidního popela (hvězdice). Tato část je amorfní (bez difrakcí na rtg. difrakčním spektru.). Morfologicky odpovídá metakaolinu - pseudomorfózy po rozkladu kaolinitu.

Obr. 4: Chemické složení jednotlivých frakcí fluidního ložového popela.

Obr. 5: Chemické složení úletového fluidního popílku (propad pod 63 pm je více než 95 %) stanovené rtg fluorescenční analýzou.

Obr. 6: Vliv mletí na rozdělení velikostí částic fluidních lóžových popelů. Nemletý ložový fluidní popel je označen 0. Další čísla odpovídají dalšímu postupu mletí.

Obr. 7: Mlecí křivka ložového fluidního popela stanovená metodou podle Blaine.

Obr. 8: Pevnosti betonů z jednotlivých produktů popsaných v Příkladu 6.

-9CZ 32280 UI

Obr. 9: Pevnosti betonů z jednotlivých produktů popsaných v Příkladu 7.

Obr. 10: Pevnosti betonů s přídavkem Ca(OH)2 popsaných v Příkladu 8.

Obr. 11: Objemové změny malty z Příkladu 9 (Mletý ložový fluidní popel A).

Obr. 12: Objemové změny kaše z Příkladu 10 v závislosti na typu uložení (Mletý ložový fluidní popel B).

Obr. 13: Nárůst expanze malty z Příkladu 11 (Mletý ložový fluidní popel CaOv 5 %).

Obr. 14: Rozdíl v objemové stálosti mletých a nemletých fluidních lóžových popelů z Příkladu 12, která je srovnatelná s objemovou stálostí portlandských cementů (podle ČSN 405-1).

Obr. 15: Výsledky měření pevností v tlaku materiálů z Příkladu 13 (Mletý ložový fluidní popel C).

Obr. 16: Snímek lomové plochy (SEM+ED) kaše po 270 dnech hydratace z Příkladu 15.

Obr. 17: Krystalky ettringitu nemají usměrněný (vektorový) charakter, Příklad 15.

Obr. 18: Pevnosti betonu z Příkladu 16 (Mletý ložový fluidní popel).

Obr. 19: Dosažené pevnosti z Příkladu 17 (Mletý ložový fluidní popel (80%) + úletový popílek (20%)).

Obr. 20: Objemové změny malty připravené v Příkladu 20 z mletého ložového fluidního popela.

Obr. 21: Objemové změny malty připravené v Příkladu 20 z úletového fluidního popílku.

Obr. 22: Pevnost v tlaku malty dle Příkladu 21.

Příklady uskutečnění technického řešení

V příkladech uvedený obsah volného CaO byl stanovován analyticky sacharátovou metodou podle ČSN 72 2080:2011. Volné (nevázané) vápno (oxid vápenatý a hydroxid vápenatý) se rozpustí v roztoku sacharózy a titruje se kyselinou chlorovodíkovou na fenolftalein jako indikátor. Do Erlenmeyerovy baňky o objemu 250 až 300 ml se zábrusem se přidá 20 ml převařené vody. Naváží se 0,5 až 1,0 g vzorku a vnese se do baňky s vodou. Na baňku se nasadí volně zátka. Vzorek se krouživým pohybem baňkou promíchá, zahřeje se k varu a vaří 2 minuty. Potom se přidá 150 ml studené převařené vody a 15 g sacharózy. Baňka se uzavře zátkou a intenzivně se 5 minut míchá. Po 30 minutách stání se opláchne zátka a stěny baňky převařenou vodou, přidají se 2 až 3 kapky fenolftaleinu a rychle se titruje odměmým roztokem kyseliny chlorovodíkové za účinného magnetického míchání až do prvního úplného zmizení růžového zbarvení. Zpětný návrat zbarvení se nedotitrovává. Výpočtem se pak stanoví % CaO vol. = ( s . f . 0,35 . 2,804 ). n-1, kde s je spotřeba 0,35 M HC1, v ml; f korekční faktor 0,35 M HC1; n navážka vzorku, v g.

Medián velikostí částic d50 odpovídá takovému průměru částic v daném vzorku, kdy počet částic s průměrem menším než d50 je roven počtu částic s průměrem větším než d50. Distribuce velikosti částic byla určena metodou laserové difrakce. Laserový paprsek prozařuje souvislý tok částic fluidního popela v roztoku dispergační kapaliny v kyvetě, od kterých dochází k jeho

- 10CZ 32280 UI difrakci (ohybu). Difrakční obraz obsahuje informace o velikosti a tvaru částic vzorku, ze kterého se pomocí Fraunhoferovy aproximace provádí vyhodnocení. Měření je prováděno v průtočném systému. Jako dispergační kapalina byl použit izopropylalkohol.

Obsah CaSO4 byl přepočten z obsahu síry (SO3) stanovené rtg. fluorescenční analýzou.

Měrný povrch byl stanoven postupem uvedeným v ČSN EN 196-6:2010 Metody zkoušení cementu - Část 6: Stanovení jemnosti mletí (EN 196-6 Methods of testing cement - Part 6: Determination of fineness), konkrétně v části 4 Permeabilní metoda (Blaine). Měrný povrch se vypočte z času, který je potřebný pro průtok určitého množství vzduchu zhutněným cementovým lůžkem dané velikosti a porozity. Za normalizovaných podmínek je měrný povrch úměrný Vt, při čemž t je čas potřebný k průtoku stanoveného množství vzduchu zhutněným lůžkem ložového popela. Počet a velikost pórů v daném lůžku ložového popela jsou ovlivněny rozdělením velikosti zrn ložového popela je jimi ovlivňován čas nutný pro průchod vzduchu.

Protože se jedná o metodiku srovnávací a ne absolutní, je pro kalibraci přístroje nutný referenční materiál se známým povrchem (např. referenční cement).

Objemová stálost byla měřena podle ČSN EN 196-3:2017 Metody zkoušení cementu - Část 3: Stanovení dob tuhnutí a objemové stálosti. Připraví se cementová kaše normální konzistence. Lehce naolejovaná Le Chatelierova objímka se postaví na mírně naolejovanou podložní destičku, ručně se naplní kaší bez výrazného zhutňování nebo potřásání a, je-li to nutné, zarovná se vhodnou rovnou pomůckou. Během plnění se musí tlakem prstů nebo vhodným pryžovým kroužkem zabránit rozevírání objímky. Objímka se přikryje lehce naolejovanou krycí destičkou, je-li to nutné, zatíží se přídavným závažím a přikrytá objímka na podložní destičce se umístí ihned do vlhkého uložení. Ponechá se v něm při teplotě (20 ± 1) °C a relativní vlhkosti nejméně 90 % po dobu 24 hodin ±30 minut. Objímka z obou stran krytá destičkami, případně s dodatečným závažím, smí být uložena do vodní lázně o teplotě (20 ± 1) °C na dobu 24 hodin ±30 minut za předpokladu, že použitý postup byl kalibrován proti referenční metodě. Po 24 hodinách ±30 minutách se změří vzdálenost (A) mezi hroty tyčinek s přesností 0,5 mm. Objímka se pak postupně zahřívá ve vodní lázni po dobu (30 ± 5) minut až k varu a vaření se udržuje po dobu 3 hodin ±5 minut. Objímka se vyjme z vodní lázně, ochladí se na teplotu laboratoře a změří se vzdálenost (C) mezi hroty tyčinek s přesností 0,5 mm.

Příklad 1

Z ložového fluidního popela byly přepraveny vzorky pro SEM zalitím částic do epoxidu a následným nábrusem. Výsledné snímky jsou zobrazeny na Obr. 1 až 3.

Příklad 2

Ložový fluidní popel s celkovým obsahem CaO 13,8 % hmotn. byl roztříděn na sítech 500, 250, 125 a 63 pm a propad pod 63 pm. V jednotlivých frakcích bylo stanoveno chemické složení rtg. fluorescenční analýzou (Obr. 1). Výsledky analýzy ukazují, že v nejhrubší frakci je přítomno minimum CaO a CaSO₄ (SO₃). Frakce je bohatší na SiO₂, AI2O3 a Fe₂O₃. Jemnější frakce mají poměrně podobné složení a obsahují více CaO. V týchž frakcích byla provedena rtg difrakční analýza. Rtg. difrakce ukazuje, že hrubá frakce ložového fluidního popela neobsahuje CaSO₄ a jen minimum volného CaO. CaSO₄ a volný CaO je přítomen v jemnějších frakcích.

Chemické složení jednotlivých frakcí ložového fluidního popela je znázorněno na Obr. 4.

Příklad 3

V úletovém fluidním popílku (propad pod 63 pm je více než 95 % hmotn.) bylo rtg fluorescenční analýzou stanoveno chemické složení (Obr. 5).

-11CZ 32280 UI

Příklad 4

Ložový fluidní popel, obsahující alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm, s obsahem volného CaO 13,5 % hmotn. a 6,9 % hmotn. SO3 byl mlet v kulovém mlýnu. Z Obr. 6 je vidět výrazný posun v granulometrii popelů a výrazné obohacení frakcí pod 5 pm.

Příklad 5

Ložový fluidní popel s obsahem volného CaO 15 % hmotn., obsahující alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm, byl mlet v trubnatém mlýnku o objemu 75 1. V daných časových intervalech byl stanovován měrný povrch propustnostní metodou podle Blaine (popsaná výše). Výsledky jsou na Obr. 7.

Příklad 6

Ložový fluidní popel s obsahem 14 % hmotn. volného CaO a 6,9 % hmotn. SO3 (analyticky stanovený síran), obsahující alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm, byl semlet na měrný povrch 510 m²/kg. Dále byl ložový popel mlet s 15 % hmotn. Ca(OH)2. Dále byl připraven produkt podle CZ 306 484 semletím směsi 45 % hmotn. fluidního ložového popela + 45 % hmotn. úletového fluidního popílku + 10 % hmotn. Ca(OH)2. Tyto tři produkty byly použity pro přípravu betonů s kamenivem 0-4, 4-8, 8-16 mm, přísadou plastifikátoru na bázi polykarboxylátů obecného vzorce (II) (1,5 % hmotnosti mletých produktů). Vodní součinitel betonových směsí byl 0,42 až 0,45 při plastické konzistenci betonů. Byly připraveny kostky o hraně 10 cm, které byly po zatuhnutí směsi odformovány a uloženy trvale ve vodě při teplotě 22 °C.

V termínech 7, 14, 28 a 120 dní byly stanoveny pevnosti v tlaku. Dosažené pevnosti pro betony z jednotlivých produktů jsou na Obr. 8. Z těchto stanovení vyplývá, že nej vyšších pevností dosahuje beton, kde jako pojivo byl použit pouze semletý ložový fluidní popel, bez přídavku úletového fluidního popílku a Ca(OH)2.

Příklad 7

Ložový fluidní popel byl mlet na různou jemnost, která byla charakterizována střední velikostí částic (medián velikostí částic d50). Ze semletých produktů byly připraveny betony, u kterých byla v daných časových intervalech stanovována pevnost v tlaku (tělesa 10x10x10 cm). Betony byly uloženy v prostředí s 95% relativní vlhkostí (r.v.) při teplotě 22 °C. Výsledky jsou na Obr. 9.

Příklad 8

Ložový fluidní popel, obsahující alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm, byl semlet s 15 % hmotn. Ca(OH)2. Z tohoto produktu byly připraveny betony, které byly po zatuhnutí uloženy ve vodě a v prostředí s 45% r.v. Výsledky jsou na Obr. 10. Výsledek ukazuje, že přídavek Ca(OH)2 k semletému fluidnímu lóžovému popelu není vhodný, neboť při uložení ve vodě jsou pevnosti výrazně nižší.

Příklad 9

Ložový fluidní popel, obsahující alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm, byl semlet na měrný povrch 480 m²/kg. Ložový fluidní popel obsahoval 15 % hmotn. volného CaO, které bylo stanoveno titračně sacharátovou metodou (podobně jako v dalších příkladech). Z tohoto produktu byla připravena malta (3 frakce křemičitého písku, w = 0,39,

- 12 CZ 32280 UI přísada 2 % plastifikátoru na bázi polykarboxylátů obecného vzorce (III), písek ku semletému produktu 1,5:1). Veličina w značí vodní součinitel, tj. hmotnostní poměr vody ku popelu. Malta byla uložena do forem s koncovými měrkami, které umožnily měření objemových změn na délkovém komparátoru. Malty byly ponechány 5 dní v prostředí 95% r.v. a poté umístěny do 5 vody (vodní uložení, prostředí s 40 až 50% r.v. (vzduch) a prostředí s 95% r.v., vlhko).

V časových termínech až do 180 dní od přípravy byly měřeny objemové změny v závislosti na typu uložení. Po počáteční krátkodobé expanzi jsou tělesa objemově stabilní. Dále byla připravena malta o témže složení, která byla trvale uložena v prostředí s 95% r.v. Tato malta dosáhla po 14 dnech pevnosti v tlaku 40 MPa. Výsledky jsou na Obr. 11. Výsledek ukazuje to objemovou dlouhodobou stálost.

Příklad 10

Ložový fluidní popel, obsahující alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 15 3 cm, byl semlet na měrný povrch 510 m²/kg. Ložový fluidní popel obsahoval 8 % hmotn.

volného CaO. Z tohoto produktu byla připravena kaše w = 0,38, přísada 2 % plastifikátoru na bázi polykarboxylátů obecného vzorce (III). Kaše byla uložena do forem s koncovými měrkami, které umožnily měření objemových změn na délkovém komparátoru. Kaše byla ponechána 5 dní v prostředí 95% r.v. a poté umístěna do vody (vodní uložení, prostředí s 40 až 50% r.v. (vzduch) 20 a prostředí s 95 % r.v., vlhko). V časových termínech až do 180 dní od přípravy byly měřeny objemové změny v závislosti na typu uložení. Po počáteční krátkodobé expanzi jsou tělesa objemově stabilní. Výsledky jsou na Obr. 12. Výsledek ukazuje dlouhodobou objemovou stálost.

Příklad 11

Z mletého ložového fluidního popela (měrný povrch 500 m²/kg, CaOv 5 % hmotn., 2 % hmotn.

SO₃) byla připravena malta s w = 0,8. Na tělesech 4x4x16 byla měřeny objemové změny délkovým komparátorem. Malta vykazuje nárůst expanze, Obr. 13. Dále byla připravena kaše o témže složení, která byla trvale uložena v prostředí s 95% r.v. Tato kaše dosáhla po 14 dnech 30 pevnosti v tlaku 12 MPa.

Příklad 12

U lóžových fluidních popelů byla stanovena objemová stálost podle ČSN EN 196-3:2017 Metody 35 zkoušení cementu - Část 3: Stanovení dob tuhnutí a objemové stálosti. Norma ČSN EN 197-1 ed.

2:2012 stanovuje limit objemové stálosti rozevření objímky 10,0 mm.

Při přípravě kaší nebyla přidávána do záměsové vody žádná přísada. Obr. 14 ukazuje výrazný rozdíl v objemové stálosti mletých a nemletých fluidních lóžových popelů. Objemová stálost 40 mletých lóžových fluidních popelů je srovnatelná s objemovou stálostí portlandských cementů, Obr. 14.

Příklad 13

Z ložového fluidního popela, obsahující alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm, který obsahoval 14,8 % hmotn. volného CaO a 7,1 % hmotn. SO3, byl semlet produkt s měrným povrchem 620 m²/kg. Tento produkt obsahoval 8 % hmotn. křemene. Z tohoto produktu byla připravena tekutá malta w = 0,30 a poměru 1: 0,8 písku. Jako přísada byl do záměsové vody přidán plastifikátor na bázi směsi polykarboxylátů a polyfosfonátů obecného vzorce (IV) v koncentraci 1,9 % hmotnosti semletého produktu. Tělesa 4x4x16 cm byla po přípravě uložena v prostředí s 95% r.v. a poté v tomto prostředí ponechána, nebo po 3 dnech byla umístěna ve vodě při teplotě 22 °C. Výsledky měření pevností v tlaku jsou na Obr. 15, ze kterých je zřejmé, že pojivo podle předkládaného technického řešení dosahuje vysokých pevností.

- 13 CZ 32280 UI

Příklad 14

Ložový fluidní popel, obsahující alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm, byl semlet na měrný povrch 510 m²/kg. Z tohoto produktu byla připravena malta (3 frakce křemičitého písku, w = 0,42, přísada 2 % plastifíkátoru na bázi polykarboxylátů obecného vzorce (II), písek ku semletému produktu 1,8:1). Po přípravě byla malta ve formách (4x4x16 cm) ihned uložena v nezatuhlé formě do prostředí s teplotou +4 °C. Po 28 dnech dosáhla pevnost v tlaku 34,1 MPa a po 120 dnech 36,2 MPa.

Příklad 15

Z umletého ložového fluidního popela (dle Příkladu 10) byla připravena kaše w = 0,35, která byla uložena 270 dní v prostředí s 95% r.v. Na lomových plochách byla provedena analýza SEM + ED. Analýza pojivové fáze na lomových plochách ukázala hmotnostní složení (přepočtené na oxidy) CaO 21,9 %, SiO₂ 45,1 %, A1₂O₃ 25,1 %, SO₃ 0 %, Fe₂O₃ 2,2 %, TiO₂ 3,1 %, K₂O 2,46 %. Složení ukazuje na přítomnost C-A-S-H fáze (AI substituovaná fáze C-S-H).

Další analýzy pojivové fáze vykazovaly hmotnostní složení: CaO 19,9 %, SiO₂ 43,4 %, A1₂O₃ 24,1 %, SO₃ 1,1%, Fe₂O₃ 6,9 %, TiO₂ 1,8 %, K₂O 2,66 %. Složení ukazuje přítomnost C-S-H, CA- S-H fáze + CďA Š₃H₃₂- ettringit.

²⁷A1 a ²⁹Si NMR v pevném stavu rovněž ukazují na přítomnost C-A-S-H fáze vedle C-S-H fáze CďA Š₃H₃₂ -ettringitu. Ve spektru ²⁷A1 NMR byl nalezen pík 61 ppm, který odpovídá koordinaci A1^IV Tato koordinace AI je přítomna ve fázi C-A-S-H.

Na Obr. 16 je snímek lomové plochy (SEM+ED) kaše po 270 dnech hydratace. Zatvrdlé pojivo obsahuje převážně amorfní pojivovou fázi, v níž nejsou zřetelné výrazné krystalové fáze. Krystalky ettringitu nemají usměrněný (vektorový) charakter, Obr. 17. Ettringit je ve formě vláknitých zohýbaných vláken (vlivem přísady polykarboxylátů). Na rozdíl od zatvrdlého portlandského cementu zde nejsou výrazné krystalky portlanditu - Ca(OH)₂.

Příklad 16

Z mletého ložového fluidního popela, vzniklého semletím ložového fluidního popela obsahujícího alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm na popel s měrným povrchem 530 m²/kg a hmotn. obsahem CaO 14 %, byl připraven beton. Do záměsové vody nebyly přidány žádné další přísady. Dosažené pevnosti jsou na Obr. 18.

Příklad 17

Mletý ložový fluidní popel, vzniklý semletím ložového fluidního popela obsahujícího alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm na popel s měrným povrchem 510 m²/kg, byl smísen s úletovým elektrárenským popílkem v poměru 80:20 % hmotn. Ze směsi byla připravena kaše, kdy do záměsové vody byl přidán plastifikátor na bázi polykarboxylátů obecného vzorce (III) v koncentraci 2 % hmotn. směsi při w = 0,30. Dosažené pevnosti jsou na Obr. 20.

Příklad 18

Z mletého fluidního ložového popela (viz Příklad 10) byly připravovány betony různým postupem, kdy byly použity variace:

• Smísení pojivá se záměsovou vodou, popřípadě s plastifikátorem, poté přidání jednotlivých frakcí kameniva a následné míšení

- 14CZ 32280 UI • Smísení frakcí kameniva se záměsovou vodou, poté popřípadě přidání plastifikátoru, a dále přidání pojivá, a následné míšení • Smísení jemné frakce kameniva se záměsovou vodou, popřípadě s plastifikátorem, dále přidání dalších frakcí kameniva a následně pojivá, následné míšení • Smísení jemné frakce kameniva s pojivém, přidání vody, popřípadě s plastifikátorem, pak postupné přidávání dalších frakcí kameniva, následné míšení

Připravené betony měly prakticky stejnou konzistenci.

Příklad 19

Z mletého fluidního ložového popela, vzniklého semletím ložového fluidního popela obsahujícího alespoň 90 % obj. ěástic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm na popel s měrným povrchem 720 m²/kg a obsahem volného CaO 17 % hmotn., byla připravena malta sw = 0,39 za přísady 1,8 % hmotn. plastifikátoru na bázi karboxylátů obecného vzorce (II) (vztaženo na hmotnost fluidního ložového popela). Z úletového fluidního popílku s obsahem volného CaO 7 % hmotn. byla dále připravena malta s w = 0,75 s přísadou 1,8 % téhož plastifikátoru. Obě malty měly stejnou vizuální zpracovatelnost. Po zatvrdnutí byly malty uloženy do vody a do prostředí s 95% r.v. při teplotě 22 °C. U obou malt byly měřeny objemové změny délkovým komparátorem. Po 28 dnech byla stanovena pevnost v tlaku. Rozdíly v objemových změnách mezi maltami jsou znaěné (Obr. 20, 21). Pevnosti po 28 dnech mletý ložový fluidní popel 65 MPa, fluidní úletový popílek 12 MPa při uložení ve vodě při teplotě 22 °C.

Příklad 20

Z umletého ložového fluidního popela, vzniklého semletím ložového fluidního popela obsahujícího alespoň 90 % obj. ěástic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm na popel s měrným povrchem 780 m²/kg a obsahem volného CaO 14,2 % hmotn., byla připravena malta w = 0,4. Po zatvrdnutí byla maltová tělesa uložena v prostředí s 95% r.v. a ve vodě při teplotě 22 °C. Dosažené pevnosti v tlaku jsou na Obr. 22.

Příklad 21

Z mletého ložového fluidního popela, připraveného dle Příkladu 10, byly připraveny kaše s w = 0,45 za přídavku 2 % hmotn. plastifikátoru. Zpracovatelnost kaší byla posuzována podle níže uvedené empirické stupnice:

Empirická stupnice nezpracovatelné0 při vibraci teěe1 při poklepu teěe2 teěe gravitací3 volně teěe4 zcela volně teěe5

- 15 CZ 32280 UI

Plastifikátory:

LS..ligninsulfonan,

NSF... sulfonovaný kondenzát naftalenu s formaldehydem

MeLSF... sulfonovaný kondenzát melaminu s formaldehydem

PK A.....polykarboxylát obecného vzorce (II)

PK B.....polykarboxylát obecného vzorce (III)

PK C.........plastifikátor obecného vzorce (V)

Zpracovatelnost kaší:

Bez plastifikátoru2

LS2

NSF2

MelSF3

PK A4

PK B4.5

PK C4.5

Příklad 22

Z mletého ložového fluidního popela, vzniklého semletím ložového fluidního popela obsahujícího alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm na popel s měrným povrchem 530 m²/kg, byla připravena kaše w = 0,42, kdy do záměsové vody bylo přidáno 1,5 % hmotn. plastifikátoru na bázi sulfonovaného kondenzátu melaminu s formaldehydem Melment F10 níže uvedeného strukturního vzorce. Kaše vykazovala dobrou zpracovatelnost. Počátek tuhnutí byl 40 minut.

Strukturní vzorec Melment F10

- 16CZ 32280 UI

Příklad 23

Z umletého ložového fluidního popela, vzniklého semletím ložového fluidního popela obsahujícího alespoň 90 % obj. částic o velikosti v rozmezí od 0,5 pm do 3 cm na popel směrným povrchem podle tabulky 1 a obsahem volného CaO 12,8 % hmotn., s přídavkem vysokoteplotního úletového popílku podle Tabulky 1, byla připravena kaše. Po zatvrdnutí byla kašová tělesa uložena v prostředí s 95% r.v. a ve vodě při teplotě 22 °C. Dosažené pevnosti v tlaku jsou uvedeny v Tabulce 1.

Tabulka 1
Směs			měrný	Pevnost [MPa]	Objemová
fluidní	úletový	voda	povrch	Tah	Tlak	hmotnost
popel	popílek		[kg/m2]			[kg/m3]
74,10%	0%	25,90 %	84	5,57	32,57	1653
75,50 %	0%	24,50 %	504	6,76	87,61	1825
76,70 %	0%	23,30 %	710	2,86	101,13	1883
77,20 %	0%	22,80 %	850	-	113,96	1929
35,25 %	35,25 %	29,50 %	477	5,95	45,25	1704
36,95 %	36,95 %	26,10%	701	4,72	74,04	1740
37,45 %	37,45 %	25,10%	830	-	77,31	1772
39,05 %	39,05 %	21,90%	1050	5,51	88,07	1876
0,79 %	77,72 %	21,50%	237	3,21	17,33	1613
0,76 %	75,24 %	24,00 %	321	3,02	16,25	1605
0,77 %	76,23 %	23,00 %	405	3,13	23,90	1663
0,80 %	79,10 %	20,10%	733	5,40	23,81	1827

Příklad 24 Technologický postup výroby betonového silničního panelu

Beton obsahující hydraulické pojivo na bázi popela podle předkládaného technického řešení je vyráběn v betonámě. Vstupními materiály jsou plnivo, pojivo, voda a příměsi (vysokoteplotní elektrárenské popílky, křemičitý úlet, vysokopecní struska). Plnivo je složeny z těženého kameniva tří frakcí (0 až 4 mm, 4 až 8 mm a 8 až 16 mm), hydraulické pojivo je sypká hmota připravená dle předchozích příkladů. Postup výroby je následující. Do míchacího zařízení je váhově dávkováno plnivo, po dokončení dávkování plniva je váhově přidáno pojivo. Pro dosažení optimální konzistence je dávkována záměsová voda. Maximální vodní součinitel pro výsledný silniční beton je 0,6. Po cca. 1 minutě míchání jsou dávkovány přísady. Celková doba míchání je 3 až 4,5 minuty.

Následně je beton vypuštěn z míchacího zařízení do transportního zařízení (autodomíchávač nebo transportní vozík v hale) a převezen na místo zpracování. Doba transportu ve vozíku nesmí překročit 15 minut, pokud je beton transportován v autodomíchávači, pak je při zapnutém oběhu bubnu transportní doba prodloužena na max. 45 min.

Beton je ukládán do připravené ocelové formy (případně dřevěné, s nenasákavým povrchem), jejíž povrch je ošetřen odbedňovacím přípravkem. Zpracování betonu je prováděno pomocí

- 17CZ 32280 Ul ponorných nebo příložných vibrátorů. Během vibrace je nutné dbát, aby nedošlo k odmísení plniva a pojivá nebo segregaci plniva. Toho lze dosáhnout pomocí postupného ponořování a vynořování vibrátoru v různých místech panelu, která od sebe nejsou vzdálená více než l,5násobek účinného dosahu zhutnění vibrátoru. Povrch panelu ne následně upraven hlazením ocelovým nebo plastovým hladítkem.

Betonový silniční panel je ponechán ve formě po dobu nezbytnou nutnou k nabytí manipulační pevnosti. (Při 20 °C min 4 dny, přičemž tato doba se může zkrátit až na 12 hodin při uložení při teplotě cca 60 °C). Povrch panelu je po celou dobu tvrdnutí zakryt PVC nebo PE fólii. Následně jsou odstraněna čela formy a panel je pomocí všech 4 úchytů vyzvednut z formy a přepraven na skládku.

Dílce je možné skladovat na sebe v maximálním počtu 12 kusů nebo do max. výšky 2,25 m. Dílce musí být položeny vždy na dvě podložky, které jsou uloženy od jeho kratšího okraje v max. vzdálenosti 1/8 délky panelu.

Byly připraveny betonové silniční panely následujících rozměrů (L x B x H):

3000 x 2000 x 215 mm; 3000 x 1500 x 215 mm; 3000 x 1200 x 215 mm; 3000 x 1000 x 215 mm, přičemž výrobní tolerance byla: délka L ± 10 mm, šířka B ± 10 mm a výška H ± 4 mm. Pevnostní třída výsledného betonu byla C 25/30 a C 30/40 a ocelová výztuž byla vyrobena z oceli třídy B 500B. Panel o rozměrech 3000x2000x215 mm obsahuje celkem cca. 90 kg ocelové výztuže, což odpovídá 2,8 % (hmotn.).

Příklad 25 Technologický postup pro použití betonového silničního panelu ve stavbě

Betonové silniční panely se ukládají na podloží z nestmelených materiálů (např. štěrková nebo štěrkopísková vrstva) tloušťky min. 150 mm o Edef2 = 60 MPa, pod kterým je soudržná zemina o Edef2 = 45 MPa nebo na podloží z nestmelených tloušťky min. 200 mm o Edef2 = 50 MPa, pod kterým je soudržná zemina o Edef2 = 30 MPa.

Podloží se vyrovná tak, aby na pláni nebyly podélné ani příčné zlomy a nerovnosti s požadavkem na místní rovinnost ±5 mm/2 m.

Manipulace s díly se provádí za všechny čtyři zabudované manipulační úchyty, pokud jsou přítomny, pomocí dvou nezávislých úvazků, které jsou kluzně uloženy na háku zdvihacího prostředku, přičemž každý úvazek je uchycen oběma konci na dvou úchytech kratší strany panelu. Panely jsou ukládány „na sráz“ a „na sucho“. Případně je možné provést zálivku v místě čel panelů a to betonem o třídě pevnosti C 25/30. Panely mohou být položeny v několika vrstvách na sobě pouze při zachování absolutní místní rovinnosti.

Průmyslová využitelnost

Betonové silniční panely podle předkládaného technického řešení jsou určené k vytváření dočasných a účelových komunikací (např. staveništních a obslužných průmyslových komunikací) a dočasných objízdných komunikací, dále pro vytváření dopravních odstavných ploch, parkovacích, průmyslových a jiných ploch se sklonem nepřesahujícím 10 %.

Claims (5)

1. Hydraulické pojivo na bázi popela, obsahující směs ložového fluidního popela z fluidního spalování uhlí s mletým vápencem, a záměsovou vodu, vyznačené tím, že ložový fluidní popel z fluidního spalování uhlí s mletým vápencem obsahuje alespoň 8 % hmotn. CaO, alespoň 2 % hmotn. CaSO4 a alespoň 5 % hmotn. hlinitokřemičité látky, a přičemž množství záměsové vody jev rozmezí od 20 do 65 % hmotnosti ložového fluidního popela;

a přičemž měrný povrch částic ložového fluidního popela je v rozmezí od 350 do 1050 m²/kg, s výhodou na 450 až 800 m²/kg, odpovídající mediánu velikostí částic d50 větší než 5 μιη.

2. Hydraulické pojivo podle nároku 1, vyznačené tím, že dále obsahuje plastifikátor v množství do 6 % hmotnosti ložového fluidního popela, s výhodou do 3,5 % hmotnosti ložového fluidního popela.

3. Hydraulické pojivo podle nároku 2, vyznačené tím, že plastifikátor je vybraný ze skupiny zahrnující sulfonované polymery melaminu s formaldehydem se základní jednotkou vzorce (I),

Vzorec I polykarboxyláty se základními jednotkami vzorců (II) a (III),

R / 11 —(—ch₂—cn— I m

COOM vzorec II

--(—CH-,—-^v I ' n C=O

Γ vzorec III

- 19CZ 32280 UI kde M je alkalický kov, R¹ je Η, M, methyl, NH4+, fosfonát nebo sůl kyseliny fosfonové s hydroxidem alkalického kovu, EO je oxyetylenová skupina, R je metyl nebo H a r je v rozmezí od 1 do 5;

polymery difosfonátů se základní jednotkou vzorce (IV)

P vzorec IV, kde R je H, OH nebo methyl a R² je H nebo P(O)(OH)2;

a polyethylenglykoly obecného vzorce (V)

vzorec V, kde R je H nebo methyl;

přičemž molekulová hmotnost plastifikátoru je s výhodou v rozmezí od 20 000 do 50 000.

4. Hydraulické pojivo podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačené tím, že dále obsahuje vysokoteplotní úletový popílek.

5. Betonový silniční panel, obsahující plnivo, pojivo a vodu, vyznačený tím, že plnivem je kamenivo, s výhodou o velikosti částic do 32 mm, a pojivém je hydraulické pojivo podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4.

6. Betonový silniční panel podle nároku 5, vyznačený tím, že obsahuje 40 až 85 % hmotn. plniva, 10 až 50 % hmotn. pojivá a alespoň 5 % hmotn. vody, s výhodou obsahuje 75 až 80 % hmotn. plniva, 13 až 16 % hmotn. pojivá a 7 až 11 % hmotn. vody.

7. Betonový silniční panel podle nároku 5 nebo 6, vyznačený tím, že dále obsahuje do 5 % hmotn. příměsí, vybraných ze skupiny zahrnující vysokoteplotní elektrárenské popílky, křemičitý úlet, vysokopecní strusku.

8. Betonový silniční panel podle kteréhokoliv z nároků 5 až 7, vyznačený tím, že dále obsahuje ocelovou výztuž, s výhodou je ocelová výztuž uložena při spodním a/nebo horním povrchu betonového silničního panelu.

9. Betonový silniční panel podle nároku 8, vyznačený tím, že obsahuje do 3 % hmotn. ocelové výztuže.

10. Betonový silniční panel podle kteréhokoliv z nároků 5 až 9, vyznačený tím, že má tvar v podstatě kvádru, jehož nejkratší hrana má velikost v rozmezí 200 mm až 220 mm.

-20CZ 32280 UI

11. Betonový silniční panel podle nároku 10, vyznačený tím, že jeho nejdelší hrana má velikost v rozmezí 2900 mm až 3100 mm.

5 12. Betonový silniční panel podle nároku 10 nebo 11, vyznačený tím, že jeho hrana má velikost v rozmezí 900 mm až 2100 mm.