Publikacje

Streszczenie:

Istotnym czynnikiem wpływającym na produkcje spoiw mineralnych jest spełnianie wymogów wynikających z konieczności ochrony środowiska. Wymogiem takim jest zwłaszcza zmniejszanie emisji CO2 do atmosfery. Źródłem jego znacznej emisji jest proces produkcji klinkieru, będącego podstawowym składnikiem cementów portlandzkich. Podczas produkcji klinkieru, w nowoczesnych instalacjach piecowych powstają również pyły odpadowe – cementowe pyły by-passowe (CBPD), które należy zagospodarować. Technologia produkcji cementu pozwala jednak na zastępowanie nawet znacznych ilości klinkieru przez produkty uboczne i odpadowe pochodzące z różnych gałęzi przemysłu. W tym celu popularnie wykorzystywany jest granulowany żużel wielkopiecowy (GBFS) posiadający utajone właściwości hydrauliczne. Można je też dodatkowo aktywować
poprzez użycie materiałów o silnych właściwościach alkalicznych, do których można zaliczyć pyły CBPD. Pyły te w celu zagospodarowania zwykle dodaje się do cementu w niewielkich ilościach. Na bazie granulowanego żużla wielkopiecowego i alkalicznych aktywatorów można też produkować bezklinkierowe spoiwa aktywowane alkalicznie.
W niniejszym artykule przedstawiono wpływ stosowania pyłów CBPD na właściwości spoiwa cementowo-żużlowego i aktywowanego alkalicznie spoiwa żużlowo-popiołowego. Obiektem badań było spoiwo cementowe o stosunku zawartości cementu do żużla wynoszącym 1:1. W spoiwie tym następnie 50% żużla było zastępowane pyłem CBPD. W badaniach wykorzystano dwa pyły CBPD, różniące się składem chemicznym i uziarnieniem. Przebadano też bezcementowe spoiwo aktywowane alkalicznie będące mieszanką granulowanego żużla wielkopiecowego i krzemionkowego popiołu lotnego w stosunku 4:1. W tym spoiwie również 25% jego składu zastąpiono wybranym pyłem CBPD. Zbadano podstawowe właściwości technologiczne zapraw wykonanych z tych spoiw, konsystencje oraz wytrzymałość na zginanie i ściskanie. Określono również techniką dyfrakcji rentgenowskiej skład fazowy wybranych zaczynów. Stwierdzono, że zastępowanie granulowanego żużla wielkopiecowego pyłem CBPD wpływa na zmniejszenie 28-dniowej wytrzymałości na ściskanie zaprawy niezależnie od rodzaju spoiwa i pyłu. Wpływ na konsystencje i wytrzymałość na zginanie może być różny i jest on szczególnie duży w przypadku spoiwa aktywowanego alkalicznie. Z uwagi na to uznano zastosowanie pyłu CBPD do produkcji spoi aktywowanych alkalicznie za bardziej perspektywiczne.

B I B L I O G R A F I A[1] W. Kurdowski. Chemia Cementu i Betonu, SPC, Kraków 2010.
[2] Y. Zhao, M. Yu, Y, Xiang, F. Kong, L. Li. A sustainability comparison between green concretes and traditional concrete using an emergy ternary diagram, J. Clean. Prod. 256, 2020.
[3] M. Wieczorek, P. Pichniarczyk. Wpływ zmiennegos tsounku popiołu lotnego krzemionkowego do granulowanego żużla wielkopiecowego na właściwości cementu [w] Monografie technologii betonu, Konferencja Dni Betonu 2021, Wisła 2021.
[4] Z. Giergiczny, A. Golda, M. Batog, K. Synowiec. Zmiany w normalizacji cementu i betonu a problematyka emisyjności, Inżynieria i Budownictwa 78, 2022, 384-388.
[5] K. Kalinowska-Wichrowska, E. Pawluczuk. Nowoczesna metoda recyklingu betonu. Budownictwo, Technologie, Architektura 88, 2019, s. 64-66.
[6] PN-EN 197-1:2012 Cement -- Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.
[7] J. Jasiczak, A. Wdowska, T. Rudnicki. Betony ultrawysokowartościowe – właściwosci, technologie, zastosowanie, Polski Cement, Kraków 2008.
[8] PN-EN PN-EN 206+A2:2021-08 Beton -- Wymagania, właściwości użytkowe, produkcja i zgodność.
[9] A. M. Neville. Właściwości betonu, SPC, Kraków 2012.
[10] W. Brylicki. Technologia budowlanych materiałów wiążących 2: Cement, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1983.
[11] S. Peurkert . Cementy powszechnego użytku i specjalne, Polski Cement, Kraków 2000.
[12] A. Paszkowski, K. Ślusarczyk, D. Kozłowski, P. Jędrzejak. Czynniki kształtujące właściwości reologiczne mieszanki betonowej przeznaczonej do pali wierconych [w] Monografie technologii betonu, Konferencja Dni Betonu 2021, Wisła 2021.
[13] K. Sisomphon, O. Copuroglu, A.L.A. Fraaij. Development of blast furnace slag mixtures against frost salt attack, Cem. Conr. Comp. 32, 2010, s 630-638
[14] J. Wawrzeńczyk, A. Molendowska, T. Juszczak. Determining k-Value with Regard to Freeze-Thaw Resistance of Concretes Containing GGBS. Materials 11, 2018.
[15] J. Wawrzeńczyk, A. Molendowska, A. Kłak. Effect of Ground Granulated Blast Furnace Slag and Polymer Microspheres on Impermeability and Freeze-thaw Resistance of Concrete [w] Procedia Eng., WMCAUS 2016, Praga 2016.
[16] M. Lech, T. Juszczak, J Wawrzeńczyk. A study on carbonation epth prediction for concrete made with GBFS cement and FA addition, Structure and Environment 2022, s. 1-10.
[17] W. Kiernożycki, Betonowe konstrukcje masywne, Polski Cement, Kraków 2003.
[18] J. Davidovits, Geopolymer, chemistry and applications, Geopolymer Institute 2020.
[19] S. Grzeszczyk. Prawda o geopolimerach. Cement Wapno Beton 26, 2021, s. 101-108.
[20] T. Piotrowski, P. Prochoń. Influence of water to solid ratio on mechanical properties of GBFS-based geopolymer foam concrete [w] MATEC Web Conf., MATBUD’2018, Kraków 2018.
[21] J.I. Escalante-Garcia, A.F. Fuentes, A. Gorokhovsky, P.E. Fraire-Luna, G. Mendoza-Suarez, Hydration Products and Reactivity of Blast-Furnace Slag Activated by Various Alkalis. J. Am.Ceram 86, 2003, s. 2148-2153.
[22] A. Fernández-Jiménez. J.G. Palomo, F. Puertas. Alkali-activated slag mortars: Mechanical strength behaviour. Cem. Concr. Res. 29. 1999, s 1313-1321.
[23] P. Nath, P.K. Sarker, V.B. Rangan, Early Age Properties of Low-calcium Fly Ash Geopolymer Concrete Suitable for Ambient Curing [w] Procedia Eng.,EACEF-5, Surabaya 2015.
[24] M. Petri. Alkalicznie aktywowane kompozytowe spoiwa mineralne. Granica kontaktowa pomiędzy stalą a stwardniałym zaczynem. Kompozyty 10, 2010, s. 276-281.
[25] M.E. Sultan, S.A. Abo-El-Enein, A.Z. Sayed, T.M. El-Sokkary, H.A. Hammd. Incorporation of cement bypass flue dust in fly ash and blast furnace slag-based geopolymer. Case Stud. Constr. Mater. 8, 2018, s. 315-322.
[26] T. Baran, P. Francuz, A. Skawińska, A. Tkocz. Kształtowanie właściwości cementów żużlowych z dodatkiem granulowanego żużla wielkopiecowego o różnej zawartości fazy szklistej. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych 31, 2017.
[27] K.S. Al-Jabri,. R.A. Taha, A. Al.-Hashmi, A.S. Al.-Harthy: Effecct of copper slag and cement by-pass dust addition on mechanical properties of concentrate, Constr. Build. Mat. 20, 2006, s 322-331.
[28] F. Bullerjahn, M. Meringskötter, Synthetic granulated blast furnace-like slag from bauxite residue smelting and its use in multi-component Portland composite cement. J. Clean. Prod. 329, 2021.
[29] M. Rodríguez-Galán, B. Alonso-Fariñas, F.M. Baena-Moreno, C. Leiva, B. Navarrete, L.F. Vilches. Synthetic Slag Production Method Based on a Solid Waste Mix Vitrification for the Manufacturing of Slag-Cement. Materials 12, 2019.
[30] G. Woltron, C. Potocan R. Tessadri: Synthetic slag production – applications in the cement industry [w] 1st Global Slag Conference, Düsseldorf 2005.
[31] P. Czapik, J. Zapała-Sławeta, Z. Owsiak, P. Stępień. Hydration of cement by-pass dust. Constr. Build. Mat. 231, 2020.
[32] S. Stryczek, A. Gonet, P. Czapik. Kształtowanie właściwości technologicznych zaczynów uszczelniających za pomocą pyłów cementowych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 26, 2009, s. 345-354.
[33] 2022 – INFORMATOR SPC – Przemysł Cementowy w liczbach.
[34] H.M. Khater. Hybrid slag geopolymer composites with durable characteristics activated by cement kiln dust. Constr. Build. Mat. 228, 2019.
[35] Ł. Skotnicki, J. Kuźniewski, A. Szydło. Research on the Properties of Mineral–Cement Emulsion Mixtures Using Recycled Road Pavement Materials. Materials 14, 2021.
[36] A.M. Ghrair, N. Louzi. Recycling of cement kiln dust from cement plants to improve mechanical properties of road pavement base course. Roads and Bridges - Drogi i Mosty 19, 2020, s. 199-210.
[37] Z. Owsiak, P. Czapik, J. Zapała-Sławeta. Properties of a Three-Component Mineral Road Binder for Deep-Cold Recycling Technology. Materials 13, 2020.
[38] M. Heikal, M.E. Zaki, A. Alshammari. Preparation and Characterization of an Eco-Friendly Binder from Alkali-Activated Aluminosilicate Solid Industrial Wastes Containing CKD and GGBS. J. Mater. Civ. Eng. 30, 2018
[39] W.S. Adaska, D.H. Taubert. Beneficial Uses of Cement Kiln Dust. In Proceedings [w] 2008 IEEE Cement Industry Technical Conference Record, Miami 2008.
[40] M.S. Konsta-Gdoutos, S.P. Shah. Hydration and properties of novel blended cements based on cement kiln dust and blast furnace slag. Cem. Concr. Res. 33, 2003, s. 1269-1276.
[41] PN-EN 196-1:2016-07 Metody badania cementu -- Część 1: Oznaczanie wytrzymałości.
[42] PN-EN 1015-3:2000 Metody badań zapraw do murów -- Określenie konsystencji świeżej zaprawy (za pomocą stolika rozpływu).
[43] PN-EN 1015-11:2020-04 Metody badań zapraw do murów -- Część 11: Określenie wytrzymałości na zginanie i ściskanie stwardniałej zaprawy.
[44] A.A. Shubbar, H. Jafer, M. Abdulredha, Z.S. AL.-Khafaji. M.S. Nasr, Z. Al Masoodi, M. Sadique, Properties of cement mortar incorporated high volume fraction of GGBFS and CKD from 1 day to 550 days. J. Build. Eng. 30, 2020.
[45] S. Stryczek, A. Gonet, R. Wiśniowski, M. Sadłos. Wpływ koncentracji pyłów cementowych z Cementowni Rudniki na właściwości reologiczne zaczynów uszczelniających. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 26, 2009, s. 355-367.
[46] L. Procházka, J. Boháčová, B. Vojvodíková. Effect of Admixtures on Durability and Physical-Mechanical Properties of Alkali-Activated Materials. Materials 15, 2022.
[47] K. Wang, S.P. Shah, A. Mishulovich. Effects of curing temperature and NaOH addition on hydration and strength development of clinker-free CKD-fly ash binders. Cem. Concr. Res. 34, 2004, 299-309.
[48] D.C. Sekhar, S. Nayak. SEM and XRD investigations on lithomargic clay stabilized using granulated blast furnace slag and cement. Int. J. Geotech. Eng. 13, 2019.
[49] P. Chaunsali. S. Peethamparan. Influence of the composition of cement kiln dust on its interaction with fly ash and slag. Cem. Concr. Res. 54, 2013, s. 106-113.
[50] D.A. Ahmed, S.M. Ragai, S.H. Abdallah. Hydration Characteristics And Leaching Behavior of Different Mixes Of Slag Based – Geopolymer Cement In Presence Of Heavy Metals. Egypt. J. Chem. 66, 2023, s. 37-48.

Wpływ stosowanie pyłów by-passowych na właściwości spoiw wieloskładnikowych z granulowanym żużlem wielkopiecowym