uådyd 6oryhqlmd 6uhgd 3ryuãlqd fp€¦ · pepela k 5 v asfaltni zmesi žgano apno hidratizirati....
TRANSCRIPT
Potencialna uporaiz papirniške industrije v asfaltih
fia pepelov
PROJEKT CELKROG SPODBUJA UP lORABO BIOMASE
ZA RAZVOJ NAPREDNIH MATERIALOV IN BIO-OSNOVAN I H PRODUKTOV
STRATEŠKA USMERITEV PROGRAMA CELKROG (IZKORIŠČANJE POTENCIALA BIOMASE ZA RAZVOJ NAPREDNIH
MATERIALOV IN BIO-OSNOVANIH PRODUKTOV) JE IZKORIŠČANJE POTENCIALA BIOMASE ZA RAZVOJ NAPRED-
NIH MATERIALOV IN BIO OSNOVANIH PRODUKTOV, Z VZPOSTAVLJANJEM NOVIH VERIG VREDNOSTI ZA
KASKADNO IN TRAJNOSTNO RABO OBNOVLJIVEGA SUROVINSKEGA VIRA.
TEKST// Marjan Tušar, Zavod za gradbeništvo Slovenije, Ljubljana in Kemijski inštitut, Ljubljana;
Vilma Ducman, Zavod za gradbeništvo Slovenije, Ljubljana
Program CelKrog sledi ciljem evropske
strategije za Prehod v krožno gospo-
darstvo kjer je raba biomase in mate-
rialov na osnovi obnovljivih virov prepozna-
na kot eno od prioritetnih področij krožnega
gospodarstva, ki lahko doprinesejo k razvo-
ju številnih novih proizvodov. Ta področja so;
gradbeništvo, pohištvena industrija, papir, hra-
na, tekstil, kemikalije in energijska izraba teh
materialov.
Tako v sklopu RRP 4 poteka valorizacija
odpadkov, nastalih v verigi papirniške tehno-
logije, za potencialno uporabo v gradbeniš-
tvu (lahko tudi v kombinaciji tudi z drugimi
odpadki). Tako med drugim preučujemo
možnost uporabe muljev in dveh vrst pepela iz
papirniške industrije v različnih gradbenih pro-
izvodih oz področjih: (i) opekarstvo, (ii) malte/
betoni, (iii) asfalti ...Za namen uporabe v ope-
karstvu smo preverili papirne mulje in pepele
Papirni mulj se lahko uporablja kot sredstvo
za tvorbo poroznosti (organske komponente
v mulju izgorijo in ostanejo pore v strukturi),
kar lahko izboljša toplotnoizolacijske lastno-
sti opeke. Dodatek pepela biomase pa lahko
izboljša postopek sintranja zaradi tvorbe
tekoče faze. Dve vrsti pepela smo ovrednotili
tudi kot mineralni dodatek in/ali kot polnilo vmaltah oz betonih, saj lahko pepeli odvisno
od njihovih lastnosti služijo kot polnilo (inerten
dodatek) ali kot pucolanski dodatek.
V primeru dodajanja pepela v asfaltne
zmesi se je predvidevalo, da bo zaradi vseb-
nosti hidratiziranega apna in kalcita dosežena
nekoliko izboljšana adhezija med bitumnom
Obj
ave
so n
amen
jene
inte
rni u
pora
bi v
skl
adu
z od
ločb
ami Z
ASP
in s
e br
ez s
ogla
sja
imet
nika
pra
vic
ne s
mej
o pr
osto
razm
nože
vati
in d
istri
buira
ti!Mineral 03.10.2018
SredaDržava: Slovenija
Doseg:
Stran: 52
Površina: 1.546 cm2 1 / 4
in kamnitim agregatom. Vpliv ostalih kompo-nent pepela je bil določen šele s preskušanji
asfaltov. Do sedaj dobljeni rezultati preiskavasfaltnih zmesi, ki vsebujejo pepel, so spreje-
mljivi, vendar nekoliko slabši, kot so bili dose-
ženi na referenčni asfaltni zmesi. V pričujočem
prispevku tako potrjujemo možnosti uporabe
odpadkov iz papirniške industrije v asfaltih.
Pepel iz papirniške industrijekot dodatek v asfaltuGlavne sestavine asfaltnih zmesi so bitu-
men, kamniti agregati in razni dodatki. Najprej
mora vsaka sestavina zadovoljiti določene
kriterije, na koncu pa mora najpomembnejše
funkcionalne kriterije zadovoljiti še asfaltna
zmes.
Cilj aktivnosti Laboratorija za asfalte je z
dodajanjem izbrane sekundarne surovine kot
dodatek k polnilu in obenem izboljšati adhe-
zijo med vezivom, kamnitimi agregati in polnili.
S tem smo želeli doseči saj enakovredne ali
izboljšane lastnosti glede na referenčne asfal-
tne zmesi.
Vpeljana je bila uporaba pepela iz kotla 5
tovarne VIPAP kot dodatek k polnilu (kameni
moki) v asfaltnih zmeseh. Pepel iz kotla 5 (K
5) tovarne VIPAP nastaja pri sežigu ostankov
iz dienking postopka (mulj DIP) in muljev iz
kemijske čistilne naprave (KMČN) v razmerju
70 o/o DIP in 30 % KMČN.
Ugotovljeno je bilo, da je v vhodni suro-vini (K 5) 10,2 °/o žganega apna - CaO in
89,8 % ostalih snovi. Predvidevalo se je,da je precejšen delež v pepelu iz apnenca
- CaCO g . Žgano apno v vgrajeni asfaltni
plasti ni zaželeno, ker pri nadaljnji hidrataciji
povzroča spremembo volumskih lastnosti.
Zato je bilo potrebno pred nadaljnjo uporabo
Slika 1: Priprava asfaltni zmesi,
Obj
ave
so n
amen
jene
inte
rni u
pora
bi v
skl
adu
z od
ločb
ami Z
ASP
in s
e br
ez s
ogla
sja
imet
nika
pra
vic
ne s
mej
o pr
osto
razm
nože
vati
in d
istri
buira
ti!Mineral 03.10.2018
SredaDržava: Slovenija
Doseg:
Stran: 52
Površina: 1.546 cm2 2 / 4
pepela K 5 v asfaltni zmesi žgano apno
hidratizirati.
V okviru te aktivnosti je bilo potrebno naj-
prej ovrednotiti vpliv K 5 kot dodatka polnilu
na lastnosti bitumna. Ugotovljeno je bilo, da
lahko dodajamo do 20 °/o pepela K 5 v polnilo.
V primeru dodajanja pepela K 5 v asfalt se
je predvidevalo, da bo zaradi vsebnosti hidra-
tiziranega apna in apnenca dosežena nekoliko
izboljšana adhezija med bitumnom in kamnitim
agregatom. Vpliv ostalih komponent pepela je
bil določen šele s preskušanji asfaltov.
Laboratorijsko je bila pripravljena asfaltna
zmes AC 1 1 surf B 50/70, ki je vsebovala
pepel K 5, ter referenčno zmes brez pepelaK 5 (slika 1). Z laboratorijskim zgoščanjem so
se pripravili preskušanci za preiskavo tvorbe
kolesnic, preiskava občutljivost na vodo in
preiskavo odpornost na nizke temperatureTSRST.
Za začetek je bila opravljena preiskavatvorbe kolesnic, s katero se laboratorijsko
ovrednoti odpornost asfaltne zmesi na trajno
preoblikovanje. Pri preiskavi tvorbe kolesnic
na referenčni asfaltni zmesi (slika 2) je bila
določena proporcionalna globina kolesnice
(PRDair) 20,3 % in hitrost naraščanja kole-
snice (WTS) 0,40. Pri preiskavi tvorbe kole-
snic na asfaltni zmesi, ki vsebuje pepel K 5
(slika 4) je bila določena proporcionalna
globina kolesnice (PRDair) 24,5 % in hitrost
naraščanja kolesnice (WTS) 0,58. Rezultat
je nekoliko slabši, kot je bil dosežen na refe-
renčni asfaltni zmesi.
Po zgoščanju asfaltnih preskušancev zudarnim zgoščevalnikom v skladu s standar-
dom SIST EN 1 2697-30 je bila na preskušan-
cih izvedena preiskava občutljivosti na vodo vskladu s standardom SIST EN 1 2697-1 2.
14.0 ,
12.0 — -
'''' «™““AO 1 1 suri B 50/70 + pepel pivi preskušanecAC 11 surf B 50/70 + pepel drugi preskušanec
00 — — referenčna zmes 12,0 - |Jf- ——referenčna zmes 2
0,0 4 1 1 1 � 1 1 1 1 10 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
število prehodov
Slika 2: Potek preiskave tvorbe kolesnic na asfaltni zmesi, ki vsebuje pepel K 5, in na
referenčni asfaltni zmesi.
Slika 3: Asfaltni preskušanci pripravljeni z udarnim zgoščevalnikom v skladu s standardom SIST EN
12697-30 in preskušanci tretirani v vodi v skladu s standardom SIST EN 12697-12.
Tabela 1 : Rezultati preiskave občutljivosti na vodo v skladu s standardom SIST EN 12697-1 2
preiskava enota rezultat oblika razpoke
ITSw- preskušancev iz vode * povprečje kPa 941 oblika razpoke a
ITSd- preizkušancev suhe serije -povprečje kPa 1131 oblika razpoke a
ITSR rezultat % 83,2
preiskava enota rezultat oblika razpoke
ITSw- preskušancev iz vode - povprečje kPa 936 oblika razpoke a
ITSd- preizkušancev suhe serije -povprečje kPa 1074 oblika razpoke a
ITSR rezultat % 87,1
Obj
ave
so n
amen
jene
inte
rni u
pora
bi v
skl
adu
z od
ločb
ami Z
ASP
in s
e br
ez s
ogla
sja
imet
nika
pra
vic
ne s
mej
o pr
osto
razm
nože
vati
in d
istri
buira
ti!Mineral 03.10.2018
SredaDržava: Slovenija
Doseg:
Stran: 52
Površina: 1.546 cm2 3 / 4
Pri preiskavi občutljivosti na vodo se pri-merja indirektno natezno trdnost preskušan-
cev, ki so tretirani z vodo (slika 3) in suhih
preskušancev. Rezultat preiskave na asfal-
tni zmesi, ki vsebuje pepel K 5 je nekoliko
slabši, kot je bil dosežen na referenčni asfal-
tni zmesi (Tabela 1).
Po zgoščanju asfaltnih preskušancev zvaljastim zgoščevalnikom v skladu s standar-
dom SIST EN 12697-33, je bila razrezana
asfaltna plošča na prizmatične preskušance(slika 4) in izvedena preiskava odpornosti nanizke temperature TSRST v skladu s standar-
dom SIST EN 1 2697-46.
Pri preiskavi odpornost na nizke tempera-ture se merijo natezne napetosti, ki se pojavi
zaradi ohlajanja fiksno vpetih preskušancev
(slika 5). Najpomembnejši rezultat preiskave
je temperatura, ki je dosežena pri prelomu
preskušancev.Pri referenčni asfaltni zmesi AC 8 je bila
dosežena pri TSRST testu napetost 4,25MPa in temperatura pri prelomu -25,5 °C, pri
asfaltni zmesi AC 8 s pepelom K 5 je bila v
poprečju dosežena napetost 3,97 MPa in
temperatura pri prelomu -24,2 °C. Rezultati
preiskav odpornosti na nizke temperature pri
asfaltnih zmeseh, ki vsebuje pepel K 5 so
nekoliko slabši, kot je bil dosežen na refe-
renčni asfaltni zmesi (Tabela 2).
ZaključekZaradi v pepelu vsebovanega hidratizi-
ranega apna je bila dosežena izboljšana
adhezija med bitumnom in kamnitim agre-
gatom. Vpliv ostalih komponent pepela je
bil določen šele s preskušanji asfaltov.
Pri vseh treh ključnih preiskavah asfal-
tnih zmesi so bile lastnosti zmesi z dodat-
kom pepela K 5 za malenkost slabše, kot
so bile dosežene na referenčni asfaltni
zmesi. Vsi doseženi rezultati preskušanj so
okviru s predpisi dovoljenih mej. Zaradi v
pepelu vsebovanega hidratiziranega apna
predvidevamo, da je bila najbrž dose-
žena izboljšana adhezija med bitumnom
in kamnitim agregatom, vendar so ostale
komponente pepela nekoliko poslabšale
kakovost asfaltov. ■
Slika 4: Priprava asfaltnih preskušancev za preiskavo odpornost na nizke temperature.
Tabela 2: Rezultati preiskave TSRST v skladu standardom SIST EN 12697-46
na preskušancih, ki vsebujejo pepel K 5, in na referenčnem preskušancu.
Asfaltna zmes Napetost [Mpa] Temperatura [°CJ
Asfaltna zmes s pepelom K5 (preskušanec št. 1) 3,48 -23,95
Asfaltna zmes s pepelom K5 (preskušanec št. 2) 4,19 -23,98
Asfaltna zmes s pepelom K5 (preskušanec št. 3) 4,24 -24,69
Referenčna asfaltna zmes 4,25 -25,49
5.0
4.5
vv
*35 V
1 30 \
s 25 \cuO. \
22.0 '
V1-5
\1.0 \
0.5\
o.o , -i o * 1 -o 1— -~C2rr-~;) , , ,-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
Temperatura [°C]
— • - Kriogena napetost
Slika 5: Grafični prikaz rezultatov preiskave TSRST v skladu s standardom SIST EN 12697-46
na preskušancih, ki vsebujejo pepel K 5.
(TicelkrogZovrženi potenciali biomase
Zahvala
Program CEL.KR0G: »Izkoriščanje
potenciala biomase za razvoj na-
prednih materialov in bio-osnova-
nih produktov« (številka pogodbe:
OP20.00365), sofinancirano s stra-
ni Republike Slovenije, Ministrstvo
za izobraževanje, znanost in šport in
Evropske unije, Evropski sklad za re-
gionalni razvoj, 2016-2020,
Obj
ave
so n
amen
jene
inte
rni u
pora
bi v
skl
adu
z od
ločb
ami Z
ASP
in s
e br
ez s
ogla
sja
imet
nika
pra
vic
ne s
mej
o pr
osto
razm
nože
vati
in d
istri
buira
ti!Mineral 03.10.2018
SredaDržava: Slovenija
Doseg:
Stran: 52
Površina: 1.546 cm2 4 / 4