Wpływ właściwości popiołu lotnego z termicznego przekształcania osadów ściekowych na parametry betonu zwykłego

• Autorzy: Rutkowska G. , Fronczyk J. , Filipchuk S.

Warianty tytułu

EN

Influence of flight ash properties from thermal transformation of sewage sludge on ordinary concrete parameters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obecnie beton jest najczęściej wykorzystywanym materiałem kompozytowym spośród wytworzonych przez człowieka, a drugim po wodzie w całym kompleksie stosowanych materiałów. To ekologiczny materiał wytworzony z miejscowych surowców – kruszywa, cementu, wody, domieszki i dodatku mineralnego, charakteryzujący się najmniejszym śladem węglowym. W artykule przedstawiono wyniki badań betonów klasy C20/25 na bazie CEM I 42,5R, kruszywa otoczakowego oraz popiołu lotnego z termicznego przekształcania osadów ściekowych w ilościach 5, 10, 15 i 20% masy cementu. W toku prac eksperymentalnych wykonano pomiary wytrzymałości na ściskanie po dwóch okresach dojrzewania oraz mrozoodporność F150. Zebrane wyniki badań umożliwiły porównanie właściwości betonów wytworzonych z popiołem pochodzącym z dwóch oczyszczalni ścieków. Uzyskane wyniki badań potwierdzają możliwość wytwarzania betonu zwykłego, modyfikowanego popiołem lotnym z termicznego przekształcania osadów ściekowych. Średnią wytrzymałość na ściskanie dla betonu zawierającego 20% popiołu z Krakowa ustalono na 50,1 i 50,6 MPa po 28 i 56 dniach dojrzewania, a dla popiołu z Warszawy na 42,6 i 45,7 MPa.

EN

Nowadays, the concrete is the most widely used composite material among those made by human and the second (after water) among all materials used by people. It is an ecological material, being made of local raw materials – aggregate, cement, water, admixtures and mineral additives − characterized by the lowest carbon trace. The paper presents results of investigations of the concretes of C20/25 class based on the cement CEM I 42.5R, pebble aggregate as well as fly ashes from thermal conversion of sewage sludge replacing 5, 10, 15 and 20% of the cement mass. In the course of experimental work, compressive strength measurements were made at two stages of curing and frost resistance F150. The collected research results made it possible to compare the properties of concretes produced with the ash from two treatment plants. The obtained results confirm possibility of manufacturing of the concretes modified by fly ash from combustion of municipal sewage sludge. The average compressive strength for the concrete containing 20% of ash from Kraków has been established at the level of 50.1 and 50.6 MPa after 28 and 56 days of curing, respectively and for ash from Warsaw at 42.6 and 45.7 MPa.

Słowa kluczowe

EN

composite material; concrete; fly ash; sewage sludge treatment; thermal treatment

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Architectura
• Rocznik: 2020
• Tom: 19
• Numer: 3
• Opis fizyczny: s.43-54,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Rutkowska G.

• Instytut Inżynierii Lądowej, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Warszawa

autor

Fronczyk J.

• Instytut Inżynierii Lądowej, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Warszawa

autor

Filipchuk S.

• Institute of Construction and Architecture, National University of Water and Environmental Engineering in Rivne, Rivne, Ukraine

Bibliografia

• ASTM C379-65T. Specification for fly ash for use as a pozzolanic material with lime.
• Bastion, S. (1980). Betony konstrukcyjne z popiołem lotnym. Warszawa: Arkady.
• Bień, J. i Wystalska, K. (2014). Gospodarka osadowa-konieczność zmian strategicznych decyzji. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 17 (3), 357–361.
• Bień, J., Neczaj, E., Worwąg, M., Grosser, A., Nowak, D., Milczarek, M. i Janik, M. (2011). Kierunki zagospodarowania osadów w Polsce po roku 2013. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 14 (4), 375–384.
• Borowski, G., Gajewska, M. i Haustein, E. (2014). Możliwości zagospodarowania popiołów z termicznego przekształcania osadów ściekowych w kotłach fluidalnych. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 17 (3), 393–402.
• Brunarski, L. i Dohojda, M. (2016). An approach in-situ compressive strength of concrete. Bulletin of the Polish Academy of Sciences-Technical Sciences, 64 (4), 687–695. DOI: 10.1515/bpasts-2016-0078
• Chang, F., Lin, J., Tsai, C. i Wang, K. (2010). Study on cement mortar and concrete made with sewage sludge ash. Water Science & Technology, 62 (7), 1689–1693. DOI: 10.2166/wst.2010.459
• Chen, Z. i Poon, C. S. (2017). Comparative studies on the effects of sewage sludge ash and fly ash on cement hydration and properties of cement mortars. Construction and Building Materials, 154, 791–803. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.08.003
• Chen, Z., Li, J.S. i Poon, C.S. (2018). Combined use of sewage sludge ash and recycled glass cullet for the production of concrete blocks. Journal of Cleaner Production, 171, 1447–1459. DOI: 10.1016/j.clepro.2017.10.140
• Decyzja Rady z dnia 19 grudnia 2002 r. ustanawiająca kryteria i procedury przyjęcia odpadów na składowiska, na podstawie art. 16 i załącznika II do dyrektywy 1999/31/WE (2003/33/WE). Dz.U. UE L 11/27 z 16.01.2003.
• Deja, J. i Antosiak, B. (2012). Degree of progress of the fly ash reaction in alkali-activated fly-ash binders. Cement – Wapno – Beton, 17 (2), 67–76.
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r., w sprawie emisji przemysłowych – IED (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola). Dz.U. UE L OJ L 334/17z 17.12.2010.
• Ferreira, C., Ribeiro, A. i Ottosen, L. (2003). Possible applications for municipal solid waste fly ash. Journal of Hazardous Materials, 96 (2), 201–216. DOI: 10.1016/S0304-3894(02)00201-7
• Fontes, C. M. A., Barbosa, M. C., Toledo Filho R. D. i Goncalves, J. P. (2004). Potentiality of sewage sludge ash as mineral additive in cement mortar and high performance concrete. W E. Vázquez, Ch.F. Hendriks i G.M.T. Janssen (red.), International RILEM Conference on the Use of Recycled Materials in Building and Structur (strony 797–806). Barcelona: RILEM Publications. DOI: 10.1617/2912143756.088
• Hubbard, F. H. i Dhir R. K. (1984). A compositional index of the pozzolanic potential of pulverized-fuel ash. Journal of Materials Science Letters, 3, 958–960. DOI: 10.1007/BF00720328
• Jamroży, Z. (2015). Beton i jego technologie. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• Joshi, R. C. i Lohtia, R. P. (1997). Fly ash in concrete: production properties and uses. Advances and Concrete Technology. Vol. 2. Ottawa Ontario: Gordon and Breach Science Publishers.
• Kosior-Kazberuk, M. (2011). Nowe dodatki mineralne do betonu. Budownictwo i Inżynieria Środowiska, 29, 47–55.
• Lin, K. L. i Lin, Ch. Y. (2005). Hydration characteristics of waste sludge ash utilized as raw cement material. Cement and Concrete Research, 35, 1999–2007. DOI: 10.1016/j.cemconres.2005.06.008
• Lynn, C. J., Dhir, R. K., Ghataora, G. S. i West, R. P. (2015). Sewage sludge ash characteristics and potential for use in concrete. Construction and Building Materials, 98, 767–779. DOI: 10.2166/wst.2016.040
• Malhotra,V. M. i Ramezanianpour, A. A. (1994). Fly ash in concrete. 2nd ed. Ottawa–Ontario: CANMET.
• Małolepszy, J. i Tkaczewska, E. (2006). Wpływ popiołów lotnych ze współspalania węgla kamiennego i biomasy na proces hydratacji i właściwości cementu. W Materiały z IV Konferencji „Dni Betonu – Tradycja i Nowoczesność”, Wisła (strony 591–601). Kraków: Stowarzyszenie Producentów Cementu.
• Monzó, J., Paya, J., Borrachero, M. V. i Girbes, I. (2003). Reuse of sewage sludge ashes (SSA) in cement mixtures: the effect of SSA on the workability of cement mortars. Waste Management, 23 (4), 373–381. DOI: 10.1016/S0956-053X(03)00034-5
• Pająk, T. (2014). Termiczne przekształcanie osadów ściekowych wobec wyzwań roku 2016. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 17 (3), 363–376.
• PN-88/B-06250. Beton zwykły.
• PN-EN 1097-7:2008. Oznaczenie gęstości wypełniacza.
• PN-EN 12350-2:2011. Badanie mieszanki betonowej. Część 2: Badanie konsystencji metodą opadu stożka.
• PN-EN 12350-6:2011. Badanie mieszanki betonowej. Część 6: Gęstość.
• PN-EN 12350-7:2011. Badanie mieszanki betonowej. Część 7: Badanie zawartości powietrza. Metoda ciśnieniowa.
• PN-EN 12390-3:2011. Badanie betonu. Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań wytrzymałościowych.
• PN-EN 197-1:2012. Cement. Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.
• PN-EN 206+A1:2016-12. Beton. Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność.
• PN-EN 450-1:2012. Popiół lotny do betonu. Część 1: Definicje, specyfikacje i kryteria zgodności.
• PN-EN 451-2:2017-06. Metoda badania popiołu lotnego. Oznaczanie miałkości przez przesiewanie na mokro.
• PN-EN ISO/IEC 17025:2018-02. Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących.
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach. Dz.U. 2015, poz. 1277.
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 8 stycznia 2013 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu. Dz.U. 2013, poz. 38.
• Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 21 stycznia 2016 r. w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów oraz sposobów postępowania z odpadami powstałymi w wyniku tego procesu. Dz.U. 2016, poz. 108.
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 r. w sprawie katalogu odpadów. Dz.U. 2001 nr 112, poz. 126.
• Rutkowska, G., Wichowski, P., Franus, M., Mendryk, M. i Fronczyk, J. (2020). Modification of Ordinary Concrete Using Fly Ash from combustion of Municipal Sewage Sludge. Materials, 13, 486–503. DOI: 10.3390/ma13020487
• Rutkowska, G., Wichowski, P., Fronczyk, J., Franus, M. i Chalecki, M. (2018). Use of fly ashes from municipal sewage sludge combustion in production of ash concretes. Construction and Building Materials, 188, 874–883. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.08.167
• Sadecka, Z., Myszograj, S. i Suchowska-Kisielewicz, M. (2011). Aspekty prawne przyrodniczego wykorzystania osadów ściekowych. Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska / Uniwersytet Zielonogórski, 144, 5–17.
• Środa, K., Kijo-Kleczkowska, A. i Otwinowski, H. (2012). Termiczne unieszkodliwianie osadów ściekowych. Inżynieria Ekologiczna, 28, 67–81.
• Tkaczewska, E. (2008). Właściwości cementów zawierających różne frakcje ziarnowe krzemionkowych popiołów lotnych. Drogi i Mosty, 4, 47–80.
• Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach. Dz.U. 2013, poz. 21.
• Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska. Dz.U. 2001 nr 62, poz. 627.
• Uzunow, E. (2009). Osady ściekowe w produkcji materiałów budowlanych. Wodociągi – Kanalizacja, 10 (68), 20–23.
• Wichowski, P., Rutkowska, G. i Nowak, P. (2017). Wymywanie wybranych metali ciężkich z betonów zawierających popiół lotny z termicznego przekształcania osadów ściekowych. Acta Scientiarum Polonorum. Architectura, 16 (1), 43–51. DOI: 10.22630/ASPA.2017.16.1.05
• Williams, P. T. (2005). Waste treatment and disposal. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons.
• Yadav, S., Agnihotri, S., Gupta, S. i Tripathi, R. (2014). Incorporation of STP Sludge and Fly ash in Brick Manufacturing: An attempt to save the Environment. International Journal of Advancements in Research & Technology, 3 (5), 138–144. DOI: 10.15327/IJOART.2014.05.001
• Yenc, L., Tseng, D. H. i Lin, T. T. (2011). Characterization of eco-cement paste produced from waste sludges. Chemosphere, 84 (2), 220–226. DOI: 1.1016/j.che,osphere.2011.04.050
• Yusur, R. O., Noor, Z. Z., Din, M. D. F. M. D. i Abba, A. H. (2012). Use of sewage sludge ash (SSA) in the production of cement and concrete – a review. International Journal of Global Environmental Issues, 12 (2), 214–228.

Identyfikatory

DOI

10.22630