Popiół lotny krzemionkowy

Popiół lotny krzemionkowy to drobnoziarnisty pył składający się głównie z kulistych, zeszkliwionych ziaren, otrzymywany przy spalaniu węgla kamiennego z udziałem materiałów współspalanych. Popiół lotny krzemionkowy posiada o właściwości pucolanowe. Jest otrzymywany przez mechaniczne lub elektrostatyczne wytrącenie popiołów z gazów odlotowych ze spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych.

Podstawowymi składnikami popiołu lotnego są glinokrzemiany (SiO2 i Al2O3). Popioły lotne krzemionkowe powinny spełniać wymagania postawione w normie PN-EN 450-1 – Popiół lotny do betonu – Część 1: Definicje, specyfikacje i kryteria zgodności. Popioły lotne krzemionkowe mogą być stosowane do:

  • produkcji betonów towarowych,
  • produkcji prefabrykatów betonowych,
  • wytwarzania suchych mieszanek,
  • produkcji betonu komórkowego,
  • wytwarzania cementów CEM II/A,B-V, CEM II/A,B-M, CEM IV/A,B, CEM V/A,B,
  • produkcji spoiw popiołowo–cementowych, popiołowo-wapiennych, popiołowo–wapienno–gipsowych,
  • budowy i utwardzania dróg,
  • budowy nasypów kolejowych i drogowych,
  • stabilizacji gruntów,
  • rekultywacji i niwelacji terenów.

Popioły lotne w drogownictwie

Popioły lotne w drogownictwie, mogą być użyte do wytwarzania podbudów drogowych oraz stabilizacji podłoża, gdzie spełniają rolę składników aktywnych hydraulicznie oraz mikrokruszywa.

Popioły lotne mogą być składnikami spoiw drogowych o relatywnie dużej wytrzymałości, wykorzystywane do wytwarzania np. chudych betonów lub mieszanek gruntowo-spoiwowych lub stabilizacji o określonej wytrzymałości.

Wykorzystanie popiołów lotnych w budownictwie przynosi wiele korzyści:

  • korzyści ekonomiczne – tradycyjne spoiwa i kruszywa mineralne otrzymywane z surowców naturalnych są zastępowane znacznie tańszymi odpadami,
  • korzyści techniczne – drobne uziarnienie popiołów lotnych, ich alkaliczny odczyn oraz aktywność hydrauliczna wielu składników prowadzi do utworzenia uwodnionych krzemianów wapnia C-S-H, które poprawiają mikrostrukturę podbudowy drogowej oraz ulepszonych gruntów,
  • korzyści środowiskowe – zagospodarowanie popiołów lotnych eliminuje ich składowanie, ogranicza emisję CO2 do atmosfery oraz zmniejsza zużycie nieodnawialnych surowców naturalnych.

Popioły lotne

Popioły lotne są odpadem przemysłowym powstającym przy produkcji energii elektrycznej opartej na spalaniu na węgla. W zależności od rodzaju spalanego węgla oraz odmiany kotłów w których następuje spalanie powstające popioły mają zróżnicowane właściwości. Badania prowadzone nad właściwościami popiołów lotnych ze spalania węgli umożliwiły ich szerokie wykorzystanie w gospodarce do:

  • wytwarzania zestalonych zaczynów popiołów w technologii stabilizacji gruntów,
  • produkcji spoiw bezcementowych,
  • produkcji klinkieru portlandzkiego,
  • jako dodatku aktywnego do cementu,
  • produkcji betonu,
  • produkcji kruszyw lekkich,
  • budowy dróg, nasypów, zwałowisk,
  • wykorzystania w rolnictwie i ogrodnictwie,
  • wykorzystania w górnictwie.

Zastosowanie popiołów w drogownictwie

W budownictwie drogowym najlepiej najlepsze efekty przynosi stosowanie popiołów krzemianowych. które charakteryzują się małą zawartością CaO (0,5-4,7%) i SO3 (0,3-2,9%). Popioły krzemianowo – glinowe z kotłów fluidalnych, dzięki znacznej zawartości wapna, znakomicie nadają się do produkcji spoiw drogowych, pozwalających na stabilizację gruntów.

Wykorzystanie popiołu pozwala na znaczne obniżenie kosztu spoiwa przy uzyskiwaniu takich samych parametrów stabilizacji, jakie są uzyskiwane przy zastosowaniu czystego wapna lub cementu. Popioły lotne i mieszaniny popiołowo-żużlowe mogą być wykorzystane we wszystkich warstwach konstrukcji nawierzchni od mikronielacji i nasypów przez podbudowy aż do mieszanek mineralno-asfaltowych.

Cement – spoiwo hydrauliczne

Cement jest spoiwem hydraulicznym – drobno zmielonym materiałem nieorganicznym, który po zmieszaniu z wodą daje zaczyn wiążący i twardniejący w wyniku reakcji i procesów hydratacji. Po stwardnieniu pozostaje wytrzymały i trwały także pod wodą. Cement produkowany jest poprzez przemiał klinkieru portlandzkiego oraz siarczanu wapnia (regulatora czasu wiązania) W zależności od rodzaju cementu, w składzie mogą się znaleźć dodatkowe składniki nieklinkierowe – granulowany żużel wielkopiecowy (S), popioły lotne (V lub W), kamień wapienny (LL). Klinkier portlandzki to półprodukt wytwarzany poprzez wypalanie surowców takich jak wapień, margiel, glina w piecu obrotowym, w temperaturze 1450°C.

Cement, jest on produkowany w oparciu o normy o statusie europejskim (PN-EN) i/lub krajowym (PN):

  • PN-EN 197-1:2012 „Cement – Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku”
  • PN-B-19707:2013 „Cement – Cement specjalny – skład, wymagania i kryteria zgodności”
  • PN-EN 14216:2005 „Cement – Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów specjalnych o bardzo niskim cieple hydratacji”

Norma PN-EN 197-1 wyróżnia pięć głównych rodzajów cementów powszechnego użytku:

  • CEM I – cement portlandzki,
  • CEM II – cement portlandzki wieloskładnikowy,
  • CEM III – cement hutniczy,
  • CEM IV – cement pucolanowy,
  • CEM V – cement wieloskładnikowy.

Ze względu na wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach wyróżnia się 3 klasy wytrzymałości cementu:

  • klasa 32,5,
  • klasa 42,5,
  • klasa 52,5.

Ze względu na wytrzymałość wczesną (po 2 lub 7 dniach), klasy cementu dodatkowo oznaczona jest symbolem literowym:

  • L – cement o niskiej wytrzymałości wczesnej (dotyczy tylko cementu hutniczego CEM III),
  • N – cement o normalnej wytrzymałości wczesnej,
  • R – cement o wysokiej wytrzymałości wczesnej.

Norma PN-EN 14216 wyróżnia cementy specjalne o bardzo niskim cieple hydratacji VLH. Cementy o bardzo niskim cieple hydratacji:

  • cement hutniczy VLH III (tylko VLH III/B i VLH III/C),
  • cement pucolanowy VLH IV,
  • cement wieloskładnikowy VLH V.
  • Cementy specjalne VLH produkowane mogą być tylko w klasie wytrzymałości 22,5

Cementy o niskim cieple hydratacji LH oraz cementy o bardzo niskim cieple hydratacji VLH zalecane są do wykonywania konstrukcji masywnych, narażonych na zarysowanie w wyniku powstających naprężeń termicznych.

Do stabilizacji gruntu cementem najczęściej używa się cementu klasy 32,5 i 32,5R. Cement musi być sypki, bez grudek i nie może być też przechowywany dłużej niż trzy miesiące. Podobnie jak przy kruszywach sprawdza się tzw. zaroby próbne na ściskanie i mrozoodporność.

Grunt stabilizowany cementem lub hydraulicznym spoiwem drogowym

Grunt stabilizowany cementem lub hydraulicznym spoiwem drogowym jest to mieszanka gruntu naturalnego, cementu (lub innego spoiwa: wapna, popiołów, hydraulicznych spoiw drogowych) i wody, a w razie potrzeby dodatków ulepszających, np. popiołów lotnych lub chlorku wapniowego, dobranych w optymalnych ilościach, zagęszczona i stwardniała w wyniku ukończenia procesu wiązania cementu.

Podłoże gruntowe ulepszone cementem (ulepszone podłoże)

Podłoże gruntowe ulepszone cementem (ulepszone podłoże) – warstwa lub zespół warstw leżących pod konstrukcją nawierzchni drogowej w wypadku, gdy podłoże gruntowe (grunt rodzimy lub nasypowy) nie spełnia warunków nośności lub mrozoodporności. Podłoże ulepszone z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym może zawierać następujące warstwy: mrozoochronną, odcinającą i wzmacniającą, a w przypadku podłoża ulepszonego jednowarstwowego, może spełniać funkcje wszystkich tych warstw jednocześnie. Grubość podłoża ulepszonego jest zależna od rodzaju i grubości konstrukcji nawierzchni, kategorii obciążenia ruchem (KRi) oraz grupy nośności (Gi) podłoża gruntowego i głębokości przemarzania gruntu.

Podbudowa zasadnicza z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym

Podbudowa zasadnicza z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym jest to warstwa zawierająca kruszywo naturalne lub sztuczne a także z recyklingu lub ich mieszaninę i spoiwo hydrauliczne, zapewniająca przenoszenie obciążeń z warstw jezdnych na warstwę podbudowy pomocniczej lub podłoże.

Podbudowa pomocnicza z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym

Podbudowa pomocnicza z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym jest to warstwa zawierająca kruszywo naturalne lub sztuczne a także z recyklingu lub ich mieszaninę i spoiwo hydrauliczne, zapewniająca przenoszenie obciążeń z warstwy podbudowy zasadniczej na warstwę podłoża.

Podłoże ulepszone z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym

Podłoże ulepszone z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym jest to warstwa zawierająca kruszywo naturalne lub sztuczne albo z recyklingu lub ich mieszaninę i spoiwo hydrauliczne, zapewniająca umożliwienie ruchu technologicznego i właściwego wykonania nawierzchni.

Do warstwy podłoża ulepszonego zaliczamy także warstwę mrozoochronną, odcinającą i wzmacniającą.