Wpływ odpadowego pyłu perlitowego na właściwości cieplne tworzyw silikatowych

• Autorzy: Pytel Zdzisław , Rzepa Karol

Identyfikatory

DOI

10.32047/CWB.2025.30.2.1

Warianty tytułu

EN

The influence of waste perlite dust on the thermal properties of silicate materials

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Przyjęta koncepcja realizacji badań zakładała otrzymanie tworzyw silikatowych o lepszych właściwościach cieplnych niż tradycyjna cegła wapienno-piaskowa. Efekt ten zamierzano uzyskać w wyniku całkowitej lub częściowej zamiany tradycyjnego kruszywa jakim jest piasek kwarcowy, mikrokruszywem w postaci odpadowego pyłu perlitowego [WPD z ang. waste perlite dust]. Celem I etapu badań była ocena wykorzystania odpadowego pyłu perlitowego jako zamiennika piasku kwarcowego w mieszankach o zmiennych ilościach spoiwa i mikrokruszywa o stosunku molowym CaO/SiO2 równym 0,09 i 0,17. Uzyskano tworzywa autoklawizowane w rodzaju cegły silikatowej, o korzystnych właściwościach termoizolacyjnych, zbliżonych do betonu komórkowego. Niska wytrzymałość na ściskanie powoduje konieczność zaklasyfikowania tych materiałów do kategorii tworzyw termoizolacyjnych, a nie konstrukcyjnych. W II etapie pracy podjęto próbę zwiększenia wytrzymałości kompozytów poprzez wprowadzenie kruszywa o dużej wytrzymałości w postaci piasku kwarcowego. Tworzywa te otrzymywano z mas o różnym udziale ilościowym mieszanin surowcowych przeznaczonych do otrzymywania tworzyw wapienno-perlitowych i wapienno-piaskowych. Oba rodzaje mieszanin przygotowano przy stosunku molowym CaO/SiO2=0,09. Z charakterystyki tych tworzyw wynika, że przy odpowiednio dobranych proporcjach ilościowych odpadowego pyłu perlitowego w stosunku do piasku kwarcowego, można uzyskać materiał autoklawizowany będący odpowiednikiem cegły silikatowej. Materiał ten przy akceptowalnym spadku cech wytrzymałościowych do poziomu gwarantującego zachowanie właściwości konstrukcyjnych [minimum 5 MPa], odznacza się relatywnie niską wartością współczynnika przewodzenia ciepła λ [w granicach 0,11-0,25 W/(m∙K)].

EN

The research concept assumed the development of silicate materials with better thermal properties than traditional sand-lime brick. This effect was to be achieved by completely or partially replacing the traditional quartz sand aggregate with microaggregate in the form of waste perlite dust [WPD]. The aim of the first stage of the research was utilization assessment of waste perlite dust as a substitute for quartz sand in mixtures with variable amounts of binder and microaggregate, with CaO/SiO2 molar ratios of 0.09 and 0.17. The resulting autoclaved silicate brick materials had favorable thermal insulation properties, similar to those of aerated concrete. Their low compressive strength necessitates the classification of these materials as thermal insulation materials, rather than structural materials. In the second stage of the research, an attempt was made to increase the strength of the composites by introducing a high-strength aggregate: quartz sand. These materials were obtained from masses with varying amounts of raw material mixtures intended for the production of lime-perlite and lime-sand materials. Both types of mixtures were prepared at a CaO/SiO2 molar ratio of 0.09. The characteristics of these materials indicate that with appropriately selected quantitative proportions of waste perlite dust to quartz sand, an autoclaved material equivalent to silicate brick can be obtained. This material, with an acceptable reduction in strength properties to a level that guarantees the preservation of structural properties [minimum 5 MPa], is characterized by a relatively low thermal conductivity coefficient λ [in the range of 0.11-0.25 W/(m∙K)].

Słowa kluczowe

PL

pył odpadowy; pył perlitowy; silikat; wyrób autoklawizowany; wyrób wapienno-piaskowo-perlitowy; współczynnik przewodzenia ciepła; materiał termoizolacyjny

EN

waste dust; perlite dust; silicate material; autoclaved material; sand-perlite-lime material; thermal conductivity coefficient; thermal insulation material

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 30, nr 2
• Strony: 92--109
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Pytel Zdzisław

• AGH University of Krakow, Kraków, Poland

autor

Rzepa Karol

• AGH University of Krakow, Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. R. Pampuch, ABC materiałów ceramicznych, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków, 2013.
• 2. R. Pampuch, Budowa i właściwości materiałów ceramicznych, Wydawnictwa AGH, Kraków, 1995.
• 3. W. Płoński, J.A. Pogorzelski, Fizyka budowli. Zasady projektowania przegród budowlanych w zakresie cieplno-wilgotnościowym, Arkady, Warszawa, 1979.
• 4. J. Małolepszy i in., Podstawy technologii materiałów budowlanych i metody badań, Rozdział 5: Materiały termoizolacyjne, s. 120-136, Wydawnictwa AGH, Wydanie I (zaktualizowane i poszerzone), Kraków, 2013.
• 5. B. Stefańczyk praca zbiorowa, Budownictwo ogólne, tom 1: Materiały i wyroby budowlane, Wyd. Arkady, Warszawa, 2005.
• 6. R. Pampuch, Materiały i technologie ceramiczne od wczoraj do dzisiaj, AGH, Kraków, 2013.
• 7. R. Pampuch, Pomaga żyć. Ceramika wczoraj i dziś, Wyd. Naukowe Akapit, Kraków, 2008.
• 8. M. Szafran, Makroskopowe i mikroskopowe aspekty projektowania ceramicznych tworzyw porowatych, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Chemia, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, z. 63, Warszawa, 2000.
• 9. G. Zapotoczna-Sytek, B. Svetozar, Autoklawizowany beton komórkowy. Technologie, właściwości, zastosowanie, Wyd. Naukowe. PWN, Warszawa, 2022.
• 10. St. Wolfke, Technologia wyrobów wapienno-piaskowych, Wydawnictwo Arkady, Warszawa, 1986.
• 11. J. Dobek, Cegła wapienno-piaskowa. Surowce i proces technologiczny, Wydawnictwo Budownictwo i Architektura, Warszawa, 1955.
• 12. P.D. Rademaker, V. Reiman, Autoclaving calcium silicate bricks, Zement-Kalk-Gips, 47, 11 (1994).
• 13. J. Małolepszy i in., Podstawy technologii materiałów budowlanych i metody badań, Rozdział IV: Autoklawizowane materiały budowlane, Wydanie II poprawione i uzupełnione, Kraków, 2022.
• 14. W. Skalmowski, Chemia materiałów budowlanych, Wydawnictwo Arkady, Warszawa, 1971.
• 15. M. Handke, Krystalochemia krzemianów, Wydanie drugie poprawione, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków, 2008.
• 16. Z. Pytel, W. Pichór, Patent PL 230095 – Sposób wytwarzania materiału budowlanego o właściwościach termoizolacyjnych.
• 17. M. Kępniak, P. Prochoń, W. Piątkiewicz, Cem. Wapno Beton 28(3), 186-193 (2023). https://doi.org/10.32047/CWB.2023.28.3.4.
• 18. A. Łagosz, D. Olszowski, W. Pichór, Ł. Kotwica, Quantitative determination of processed waste expanded perlite performance as a supplementary cementitious material in low emission blended cement composites. J. Build. Eng. 40, 102335 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102335
• 19. E. Kapeluszna, Ł. Kotwica, W. Nocuń-Wczelik, Comparison of the effect of ground waste expanded perlite and silica fume on the hydration of cements with various tricalcium aluminate content – Comprehensive analysis. Constr. Build. Mater. 303, 124434 (2021). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124434
• 20. A. Różycka, W. Pichór, Effect of perlite waste addition on the properties of autoclaved aerated concrete. Constr. Build. Mater. 120, 65-71 (2016). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.019
• 21. Ł. Kotwica, W. Pichór, E. Kapeluszna, A. Różycka, Utilization of waste expanded perlite as new effective supplementary cementitious material. J. Clean. Prod. 140, 1344-1352 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.10.018
• 22. A. Bielański, Chemia ogólna i nieorganiczna, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1970.
• 23. K. Tkacz-Śmiech, Termodynamika dla ceramików, Wydawnictwo AGH, Kraków, 2013.
• 24. H.F.W. Taylor, The calcium silicate hydrates, Chapter 5 of The Chemistry of Cements, Vol. 1, Academic Press, London and New York, 1964.
• 25. W. Pichór, Ultralekkie wypełniacze mineralne. Właściwości, modyfikacja, zastosowanie. Ceramika, Polski Biuletyn Ceramiczny, 122, Kraków, 2016.
• 26. PN-EN 771-2:2004 - Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 2: Elementy murowe silikatowe.
• 27. PN-EN 772-1:2001 - Metody badań elementów murowych. Część 1: Określenie wytrzymałości na ściskanie.
• 28. PN-EN 772-13:2001 - Metody badań elementów murowych. Część 13: Określenie gęstości netto i gęstości brutto elementów murowych w stanie suchym.
• 29. PN-EN 12390-7:2011 - Badanie betonu - Część 7: Gęstość betonu.