Popiół lotny z osadów ściekowych jako składnik betonu – ocena przydatności w świetle aktualnych norm krajowych i międzynarodowych

• Autorzy: Rutkowska Gabriela

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.2517

Warianty tytułu

EN

Fly ash from sewage sludge as a concrete component - assessment of suitability in light of current national and international standards

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rosnące wymagania dotyczące redukcji emisji CO2 w Unii Europejskiej stymulują rozwój alternatywnych materiałów budowlanych o ograniczonej zawartości klinkieru. W technologii betonu szeroko stosowane są popioły lotne krzemionkowe pochodzące ze spalania węgla kamiennego, cenione za swoją aktywność pucolanową, skład chemiczny i dużą miałkość. Celem niniejszych badań była analiza właściwości popiołów lotnych pozyskiwanych z termicznego przekształcania osadów ściekowych, pod kątem ich zgodności z wymaganiami norm PN-EN 450-1, ASTM C618-03 oraz ASTM C379-65T. Wyniki wykazały, że popioły te nie spełniają w pełni wymagań normowych jako zamiennik tradycyjnych popiołów w produkcji betonu, jednakże możliwe jest ich wykorzystanie w wytwarzaniu betonu zwykłego o zadowalających parametrach wytrzymałościowych. Dla betonu z dodatkiem 15% popiołu z Krakowa uzyskano wytrzymałość na ściskanie wynoszącą odpowiednio 47,1 MPa i 48,2 MPa po 28 i 56 dniach dojrzewania. Dla popiołu z Warszawy i Łodzi wartości te były nieco niższe, lecz nadal mieściły się w zakresie typowym dla betonu konstrukcyjnego. Analiza stężeń metali ciężkich wykazała, że są one poniżej dopuszczalnych limitów środowiskowych, co sugeruje, że migracja tych substancji z betonu do środowiska wodnego jest minimalna i nie powinna stwarzać zagrożenia ekologicznego.

EN

The growing requirements for CO2 emission reduction in the European Union are driving the development of alternative construction materials with reduced clinker content. In concrete technology, siliceous fly ash from hard coal combustion is widely used due to its pozzolanic activity, chemical composition, and fine particle size. This study aimed to evaluate the properties of fly ash derived from the thermal treatment of sewage sludge, assessing its compliance with standards PN-EN 450-1, ASTM C618-03, and ASTM C379-65T. The results showed that this type of ash does not fully meet the normative criteria for use as a traditional fly ash substitute in concrete production. However, it can be utilized in the production of conventional concrete with satisfactory mechanical properties. Concrete with a 15% addition of Kraków-origin ash achieved compressive strengths of 47.1 MPa and 48.2 MPa after 28 and 56 days of curing, respectively. Ashes from Warsaw and Łódź also produced acceptable results, albeit slightly lower. The analysis of heavy metal concentrations revealed levels below environmental safety thresholds, indicating that the leaching of these substances into aquatic environments is minimal and should not pose a significant ecological risk.

• Wydawca: Fundacja Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa
• Czasopismo: Inżynieria i Budownictwo
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 81, nr 5
• Strony: 597--602
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Rutkowska Gabriela

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Instytut Inżynierii Lądowej, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0003-1047-6195

Bibliografia

• [1] International Statistics Yearbook. Available online: https://stat.gov.pl/en/topics/statisticalyearbooks/statistical-yearbooks/concise-statistical-yearbook-of-poland-2020,1,21.html (accessed on 12 February 2021).
• [2] IEA - Shaping a Secure and Sustainable Energy Future for All. Available online: www.iea.org (accessed on 12 February 2021).
• [3] Deja J., Antosiak B.: Degree of progress of the fly ash reaction in alkali-activated fly-ash binders. Cem. lime Concr. 2012, 17, 67-76.
• [4] Giergiczny Z.: Fly Ash in the Composition of Cement and Concrete; Silesian University of Technology: Gliwice, Poland, 2013.
• [5] Pietrzak A.: Proekologiczne technologie w budownictwie na przykładzie "zielonego betonu". Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym. 1(13)2014. 86-93.
• [6] PN-EN 450-1:2012 Popiół lotny do betonu. Część 1: Definicje, specyfikacje i kryteria zgodności.
• [7] ASTM C618-03 Standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan use in concrete.
• [8] Strategy for dealing with municipal sewage sludge for 2019-2022. Ministry of the Environment 2018.
• [9] Lutze D., vom Berg W.: Handbook on fly ash in concrete. Bau+Technik, Essen. 2010.
• [10] Bień J. i in.: Kierunki zagospodarowania osadów w Polsce po roku 2013. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 14 (4) 2011, 378.
• [11] Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 21 stycznia 2016 r. w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów oraz sposobów postępowania z odpadami powstałymi w wyniku tego procesu (Dz.U. 2016 poz. 108).
• [12] UE/75/2010 Directive of the European Parliament and the Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control).
• [13] ASTM C379-65T Specification for fly ash for use as a pozzolanic material with lime.
• [14] PN-EN 206+A2:2021-08.
• [15] Jamroży Z.: Beton i jego technologie. 2015, Wydawnictwo Naukowe PWN.
• [16] PN-EN 12390-3:2011 Badanie betonu. Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań wytrzymałościowych.
• [17] PN-EN 12457-2:2006 Charakteryzowanie odpadów - Wymywanie - Badanie zgodności w odniesieniu do wymywania ziarnistych materiałów odpadowych i osadów - Część 2: Jednostopniowe badanie porcjowe przy stosunku cieczy do fazy stałej 10 l/kg w przypadku materiałów o wielkości cząstek poniżej 4 mm (bez redukcji lub z redukcją wielkości).
• [18] Rozporządzenie Rady Ministrów z dania 17 grudnia 2020 r. w sprawie materiałów budowlanych, w przypadku których oznacza się stężenie promieniotwórcze izotopów promieniotwórczych potasu K-40, radu Ra-226 i toru Th-232, wymagań dotyczących dokonywania tych oznaczeń oraz wartości wskaźnika stężenia promieniotwórczego, o której przekroczeniu informuje się właściwe organy.
• [19] Szarek Ł., Wojtowska M.: Properties of fly ash from thermal treatment of municipal sewage sludge in terms of EN 450-1. Archives of Environmental Protection 2018, 44 (1), 63-69.
• [20] Garcésa P., et al: Mechanical and physical properties of cement blended with sewage sludge ash. Waste Management, 2008, 28(12), 2495-2502. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2008.02.019.
• [21] De Noirfontaine M.N., et al.: Effect of phosphorus on tricalcium silicate T1: from synthesis to structural characterization. Journal of the American Ceramic Society, 2009, 92 (10), 2337-2344. https://doi.10.1111/j.1551-2916.2009.03092.x.
• [22] Kosior-Kazberuk M.: Nowe dodatki mineralne do betonu. Budownictwo i Inżynieria Środowiska, 2011, 29, 47-55.
• [23] UNSCEAR - Sources and effects of ionizing radiation. Report to the General Assembly of the United Nations with Scientific Annexes, United Nations sales publication E.00.IX.3, 2000, New York.
• [24] PN-EN 12350-2:2011 Badanie mieszanki betonowej. Część 2 Badanie konsystencji metodą opadu stożka.
• [25] PN-EN 12350-6:2011 Badanie mieszanki betonowej. Część 6: Gęstość.
• [26] PN-EN 12350-7:2011 Badanie mieszanki betonowej. Część 7 Badanie zawartości powietrza. Metoda ciśnieniowa.