Popiół lotny składnikiem betonu zawierającego kruszywa z ..., Egzaminy z Gospodarka

Pobierz Popiół lotny składnikiem betonu zawierającego kruszywa z ... i więcej Egzaminy w PDF z Gospodarka tylko na Docsity!

Zbigniew Giergiczny^1 , Artur Golda^2

(^1) Politechnika Opolska, Górażdże Cement S.A. (^2) Betotech Sp. z o.o. Dąbrowa Górnicza

Popiół lotny składnikiem betonu zawierającego kruszywa z odzysku

gruzu betonowego

Fly ash as a component of concrete containing aggregates from

crushed-brick concrete recycling

1. Introduction

Along with the process of use and ageing of buildings arises the issue of waste development appearing during their dismantling and demolition. Formed building rubble almost in total amount is transferred to waste storage areas and there is frequently used as a material for the production of separation layers or access roads for individual sectors (1, 2).

Another area where crushed-brick concrete is easily developed is the production of secondary aggregates popularly called recycled aggregates (3-5). The use of recycled aggregate obviously affects the properties of produced concretes. Basing on the results of re- search works, it can be stated, that concretes containing recycled aggregates, comparing to concretes with natural ones, have lower compressive strengths, slightly lower tensile strengths, bigger shrinkage (higher water demand of recycled aggregates) as well as insignificantly shorter early setting time (3, 5). The construction of A-4 Motorway is an example of practical use of crushed-brick concrete. Frost resistant layer was produced with the use of ag- gregates received from crushed layer of old road pavement (6).

The authors of this paper present the effect of fly ash addition to the concrete with recycled aggregate. Basing on the practical experience related to the use of fly ash (decreased water demand, better workability, higher strength after longer curing, higher resist- ant to environmental attack) (7), the study aims at the evaluation of the influence of fly ash addition on properties of the mixture and hardened concrete with variable amount of recycled aggregate.

2. Materials

2.1. Recycled aggregate

Recycled aggregate applied in the tests was obtained as a result of the recovery of building rubble, coming from the demolition of rein- forced concrete constructions. The process of recovery consisted the removal of reinforcing steel, grinding of crushed-brick concrete

1. Wprowadzenie

Wraz z procesem użytkowania i starzenia się obiektów budowla- nych pojawia się problem zagospodarowania odpadów powsta- jących w trakcie ich demontażu lub rozbiórki. Powstający gruz budowlany niemal w całości trafia na składowiska odpadów i tam jest często wykorzystywany jako materiał do wykonywania warstw przesypowych lub do budowy dróg dojazdowych (1, 2).

Innym kierunkiem zagospodarowania gruzu betonowego jest pro- dukcja kruszyw wtórnych potocznie zwanych „kruszywami z recy- klingu” (3-5). Stosowanie kruszyw wtórnych ma oczywiście wpływ na właściwości produkowanych betonów. Opierając się na wynikach prowadzonych prac badawczych można powiedzieć, że betony zawierające kruszywa z odzysku gruzu budowlanego, w stosunku do betonów z kruszyw naturalnych, mają mniejszą wytrzymałość na ściskanie, nieco niższe wytrzymałości na rozciąganie, większy skurcz (wyższa wodożądność kruszyw z odzysku) oraz nieznacz- nie krótszy początek wiązania (3, 5). Przykładem praktycznego wykorzystania gruzu betonowego jest budowa autostrady A-4. Do wykonania warstwy mrozoodpornej wykorzystano kruszywa otrzy- mane z pokruszenia płyt ze starej nawierzchni drogi (6).

W prezentowanej pracy autorzy wprowadzili popiół lotny jako dodatek do składu betonu z kruszywami wtórnymi. Opierając się na doświadczeniach praktycznych związanych ze stosowaniem popiołu lotnego (zmniejszenie wodożądności, poprawa urabialno- ści, poprawa wytrzymałości po dłuższym dojrzewaniu, zwiększenie odporności na agresywne oddziaływanie środowiska) (7), posta- wiono za cel prowadzonych badań, ocenę wpływu dodatku popiołu lotnego na właściwości mieszanki betonowej i stwardniałego beto- nu z różną ilością kruszywa z odzysku gruzu betonowego.

2. Materiały

2.1. Kruszywo z odzysku

Zastosowane w badaniach kruszywo wtórne otrzymano w wyniku przeróbki gruzu budowlanego pochodzącego z rozbiórki kon-

strukcji żelbetowych. Proces przeróbczy składał się z usunięcia stali zbrojeniowej oraz poddania gruzu betonowego rozdrabnianiu w kruszarce szczękowej, do frakcji 0/63 mm. Uzyskany materiał przesiewano na sitach w celu uzyskania kruszywa o frakcji ziar- nowej 2/8 mm oraz 8/16 mm.

Zbadano właściwości kruszywa z odzysku gruzu betonowego (oznaczone dalej jako RCA), badano cechy geometryczne oraz fizyczne zgodnie z normą PN-EN 12620:2003 Kruszywo do betonu oraz z wytycznymi niemieckimi (8, 9). Wyniki uzyskanych badań zostały przedstawione w tablicach 1 i 2. Do przygotowania miesza- nek betonowych stosowano kruszywa, które wcześniej poddano procesowi pełnego nasączenia wodą.

2.2. Kruszywa naturalne

Kruszywa naturalne stosowano w celu uzupełnienia stosu okru- chowego betonu zawierającego kruszywa RCA oraz jako składnik betonu porównawczego. Wyniki badań właściwości geometrycz- nych oraz fizycznych stosowanego w badaniach kruszywa frakcji 0/2, 2/8 i 8/16 zestawiono w tablicy 1.

2.3. Popiół lotny

W pracy zastosowano popiół lotny krzemionkowy ze spalania węgla kamiennego. Popiół spełniał wymagania normy PN-EN 450- 1:2006 Popiół lotny do betonu – Część 1: Definicje, specyfikacje i kryteria zgodności (strata prażenia – 3,8%; pozostałość na sicie 45 μm – 18,9%).

2.4. Cement

W badaniach stosowano cement portlandzki żużlowy CEM II/B-S 32,5 R spełniający wymagania normy PN-EN 197-1:2002 Cement

- Część 1:Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące ce- mentów powszechnego użytku.

2.5. Domieszki chemiczne

W celu poprawy urabialności i konsystencji mieszanek betonowych zastosowano superplastyfikator na bazie sulfonianów naftaleno-

in jaw crusher to fraction 0/63 mm. The product was then separated on sieves to aggregate fractions 2/8 mm and 8/16 mm.

The aggregate from crushed-brick concrete recycling (RCA) was subjected to geometric and physical tests according to the stand- ard PN-EN 12620:2003 Aggregate for concrete and with German procedures (8, 9). The results of the tests are presented in tables 1 and 2. Concrete mixtures were prepared with the use of aggregate previously fully soaked up with water.

2.2. Natural aggregates

Natural aggregate has been used in order to complete the ag- gregates composition of concrete containing RCA as well as the component of comparative concrete. The results of geometric and physical tests of the aggregates used in the tests (fractions 0/2, 2/8 and 8/16) are presented in Table 1.

2.3. Fly ash

Silicous fly ash of hard coal combustion has been used in the study. Fly ash fulfilled the requirements of standard PN-EN 450- 1:2006 Fly ash for concrete – Part 1: Definitions, specifications and conformity criteria (loss of ignition – 3,8%; residue on 45 μm

• sieve 18,9%).

2.4. Cement

Slag Portland cement CEM II/B-S 32,5 R, fulfilling the requirements of the standard PN-EN 197-1:2002 Cement – Part 1: Composition, requirements and conformity criteria concerning common used cements , has been used in the research_._

2.5. Chemical admixtures

In order to improve the workability and consistency of concrete mixtures, two types of superplasticizers have been used: based on naphthalene sulfonate and melamine sulfonate. The admixtures complied with the standard PN-EN 934-2:2002 Chemical admix- tures for concrete, mortar and paste. Part 2- Admixtures for con- crete. Definitions, requirements, conformity, marking, labelling.

Tablica 1 / Table 1

WŁAŚCIWOŚCI KRUSZYW STOSOWANYCH W BADANIACH PROPERTIES OF AGGREGATES USED IN TESTS

Właściwość Property

Kruszywo naturalne/Natural aggregate Kruszywo z odzyskuRecycled aggregate

Frakcja/Fraction 0/2 Frakcja/Fraction 2/8 Frakcja/Fraction 8/16 2/8 8/ Kategoria uziarnienia Granulation class Gf^85 G^ c85/20^ G^ c85/20^ G^ c85/20^ G^ c85/ Kategoria zawartości pyłów Fume content class <0,063 mm f^3 f1,5^ f1,5^ f1,5^ f1, Wskaźnik płaskości Flatness ratio –^ Fl^15 Fl15^ Fl^15 Fl^20 Mrozoodporność Frost resistance –^ F^1 F^1 F^16 F^16

wych oraz sulfonianów melaminowych spełniający wymagania nor- my PN-EN 934-2:2002 Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu. Część 2-Domieszki do betonu. Definicje, wymagania, zgodność, znakowanie, etykietowanie.

3. Badania

Zbadano następujące właściwości betonu o składzie podanym w tablicy 3:

• konsystencję mieszanki betonowej według PN-EN 12350- Badanie mieszanki betonowej – Badanie konsystencji metodą stolika rozpływowego oraz według PN-EN 12350-2 Badania mieszanki betonowej – Badanie konsystencji metodą opadu stożka,
• wytrzymałość na ściskanie po 7 i 28 dniach dojrzewania zgodnie z PN-EN 12390-3:2002 Badania betonu Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek,
• mrozoodporność metodą zwykłą F100 zgodnie z PN-88/B- 06250 Beton zwykły,
• nasiąkliwość zgodnie z PN-88/B-06250 Beton zwykły. 4. Wyniki badań i ich dyskusja

Zmiany konsystencji mieszanek betonowych w czasie określone metodą opadu stożka oraz metodą rozpływu pokazano odpowied- nio na rysunkach 1 i 2. Z przebiegu krzywych wynika większa płynność mieszanek betonowych z dodatkiem popiołu lotnego. Różnica w płynności badanych mieszanek utrzymuje się w całym badanym okresie (do 90 minut; rysunki 1 i 2).

Wytrzymałość na ściskanie betonów wykazuje tendencję spad- kową wraz ze wzrostem zawartości kruszywa z odzysku gruzu

3. Tests

Concrete, with composition presented in Table 3 has been sub- jected to tests aiming at the following:

• Consistency of concrete mixture a cc. to PN-EN 12350-5 Concrete mixture test – Consistency flow test as well as acc. to PN-EN 12350-2 Concrete mixture tests – Consistency slump test,
• Compressive strength after 7 and 28 days of curing according to PN-EN 12390-3:2002 Concrete tests Part 3: Compressive strength of test samples,
• Frost resistance by standard method F100 according to PN- 88/B-06250 Ordinary concrete,
• Water absorbability according to PN-88/B-06250 Ordinary concrete. 4. Test results and comments

The consistency change of concrete mixtures in time, was tested with slump method (Fig. 1) as well as flow method (Fig. 2). The tests show that the flowability of mixtures with fly ash addition is higher. This difference of flowability remains during the whole period of test, i.e. 90 minutes; (Fig. 1 and 2).

Compressive strength of concretes is decreasing with the increase of recycled aggregates content (Fig. 3). The decrease is rather small and amounts to about 12% in case of 50% replacement of natural coarse aggregate by recycled aggregate (Fig. 3). The addition of fly ash (FA) has small influence on the early strength of concrete (after 7 days) however, it improves the compressive strength after 28 days of hardening (Fig.4).

Absorbability of concrete increases with the content of recycled ag- gregate in concrete composition. The addition of fly ash increases the tightness of concrete texture, which also has an effect lowering

Rys. 1. Zmiany opadu stożka mieszanek betonowych zawierajacych kruszywo wtórne (50% p – z dodatkiem popioły lotnego; 50% – bez dodatku popiołu) Fig. 1. Change of slump of concrete mixtures containing recycled aggregate (50%p – with fly ash addition; 50% – without fly ash)

betonowego. Spadek ten nie jest duży i wynosi około 12% w przypadku zastąpienia 50% grube- go kruszywa naturalnego przez kruszywo wtórne (rysunek 3). Dodatek popiołu lotnego w niewielkim stopniu zmienia wytrzymałość wczesną betonu (po 7 dniach), natomiast poprawia wytrzymałość betonu na ściskanie po 28 dniach twardnienia (rysunek 4).

Nasiąkliwość betonu wzrasta wraz ze wzrostem zawartości kruszywa z odzysku w składzie betonu. Dodatek popiołu lotnego zwiększa szczelność teks- tury betonu i dlatego betony zawierające popiół lotny oraz RCA ( w ilości powyżej 20%) charakteryzują się niższą nasiąkliwością (rysunek 5).

Wyniki badania mrozoodporności po 100 cyklach za- mrażania i rozmrażania (F100) betonów z dodatkiem popiołów lotnych, w których zawartość kruszywa RCA przekraczała 20%, wykazują mniejszy spadek wytrzymałości na ściskanie w porównaniu do beto- nów bez dodatku popiołów lotnych. Zależność ta jest

absorbability of concrete (Fig. 5) containing fly ash and RCA (content higher than 20%).

Frost resistance tests after 100 cycles of freez- ing and defreezing (F100) of concrete with fly ash addition, where the amount of RCA over- comes 20%, present lower drop of compres- sive strength comparing to concrete without fly ash. Such relation is particularly evident in case of RCA share over 30% (Fig. 6).

5. Conclusions

Wider use of recycled aggregate in building industry becomes economic as well as eco-

Rys. 2. Zmiany konsystencji mieszanek betonowych zawierających kruszywo z odzysku – metoda rozpływu Fig. 2. Consistency change of concrete mixtures containing recycled aggregate – according to flow method

Rys. 3. Wytrzymałość na ściskanie betonów zawierających wtórne kruszywo (RCA) Fig. 3. Compressive strength of concretes containing recycled aggregates (RCA)

Rys. 4. Wpływ dodatku popiołu lotnego na wytrzymałość betonu z różną zawartością kruszywa wtórnego (RCA) Fig. 4. Influence of fly ash addition on compressive strength of concrete with different content of recycled aggregate (RCA)