Zásobníky cementu a popílku a jejich využití v betonářství

Jemnozrnné pevné látky, mezi které patří i popílek, ovlivňují vlastnosti betonu v čerstvém i ztvrdlém stavu. U čerstvého betonu se jedná zejména o konzistenci a zpracovatelnost, zatímco u ztvrdlého betonu ovlivňují pevnost, hutnost, trvanlivost, odolnost proti chemicky agresivnímu prostředí atd. K těmto látkám patří například mletá struska, vápenec, kamenné moučky, křemičitý úlet (tzv. mikrosilika) a popílek.

Nejvíce je využíván černouhelný nebo hnědouhelný popílek z elektrostatických odlučovačů tepelných elektráren a tepláren. Podmínkou využití popílku je, aby vyhovoval normám ČSN EN 450-1 a 2 (72 2064): Popílek do betonu. Obecně není vhodné používat popílek do provzdušněných betonů.

Jak vzniká popílek a jeho další využití

Popílek se získává elektrostatickým nebo mechanickým odlučováním prachových částic ze spalin při spalování jemného mletého černého nebo hnědého uhlí.

Pro své příznivé vlastnosti a cenu je popílek využíván především jako přísada do betonu, při výrobě cementu jako přísada do hlavní suroviny nebo hotového cementu. Dále se používá jako jedna z hlavních surovin při výrobě cihel, pórobetonových tvárnic a umělého kameniva, jako plnivo pro asfaltové výrobky, pro vyplňování důlních děl a pro výrobu rekultivačních stabilizovaných nebo solidifikovaných hmot.

Technické specifikace dodávaného popílku

Veškeré dodávané popílky jsou certifikované a splňují požadavky plynoucí z příslušných norem. V úvodu článku je uveden přehled a systemizace příměsí do betonu včetně přehledu platných standardů. Popílek do betonu je definován a specifikován v harmonizované evropské normě ČSN EN 450 - 1 a způsob hodnocení shody je pak uveden v ČSN EN 450 - 2. Podle [5] je popílek do betonu obecně definován jako jemný prášek z kulovitých částic vznikajících při spalování samotného uhlí nebo uhlí se spoluspalitelným materiálem. Popílek sestává převážně z oxidů SiO2 a Al2O3. Vlastní proces získávání popílku do betonu zahrnuje jeho odlučování (mechanické či elektrostatické) ze spalin a možnost další úpravy před použitím.

Čtěte také: Zvyšte rychlost přebíjení s držáky zásobníků

Popílek jako příměs do betonu: Historie a současnost

Pokud budeme hodnotit začátky používání elektrárenského popílku jako příměsi pro výrobu betonu, je třeba se vrátit do počátku rozvoje transportbetonu v České republice, přesněji v tehdejším Československu. V roce 1967, v rámci budování základny pro výstavbu metra na Rohanském ostrově v Praze, byla uvedena do provozu plně automatizovaná betonárna italské firmy CIFA s výkonem 60 m3/hod. Koncem roku 1974 byla uvedena do provozu druhá servisní betonárna CIFA Modřany.

Zavedení technologie transportbetonu znamenalo novou organizaci výroby, dopravy a ukládání čerstvého betonu. V praxi to znamenalo značné rozšíření výroby betonu velmi měkké a hlavně tekuté konzistence. Zpočátku bylo nutné věnovat značnou pozornost hladkému průběhu výroby, dopravy a především bezporuchovému čerpání při ukládání čerstvého betonu. Naopak byla opomenuta skutečnost, že se řada problémů řešila zvýšenou dávkou vody a samozřejmě i cementu. Při velkém nárůstu výroby pro ukládku čerstvého betonu pomocí čerpadel se objevil problém používání kvalitnějších betonů, než bylo stanoveno v projektu, a to pouze z důvodu umožnění hladkého čerpání, a tím snížení pracnosti a zrychlení průběhu betonáže (vysoké dávky cementu).

Velmi brzy se také objevil požadavek na výrobu betonů nižších tříd a tzv. výplňových betonů (s požadavky na minimální pevnosti) pro ukládání pomocí čerpadel. Tyto požadavky samozřejmě otevíraly úvahy o potřebě použití příměsi popílku. Problémy spojené s použitím k těmto účelům vhodné příměsi (elektrárenského popílku) byly vyřešeny velice rychle, což umožnilo nejen úpravu určitého množství cementu a drobného kameniva, ale i podstatné zlepšení vlastností čerstvého betonu (homogenita, odolnost proti rozměšování při výrobě tekuté konzistence).

Další technologií, kde byl použit popílek jako příměs do betonu, bylo provádění podzemních (milánských) stěn. Je třeba ještě dodat, že v té době byl velmi omezený výběr přísad do betonu. Jednalo se o odpadové lignosulfonany. Proto se ve značném rozsahu výroby začal používat popílek jako spolupůsobící plastifikační přísada. V souvislosti s používáním přísad a příměsí bylo nutné řešit celou řadu problémů (změna konzistence v čase, průběh tuhnutí, nárůsty pevností a další vlivy na vlastnosti ztvrdlého betonu).

Významná spolupráce a výzkum

Zde je nutné zmínit významnou spolupráci výrobce betonu se stavebním ústavem ČVUT Praha. Výsledky výzkumu byly velice rychle realizovány ve stavební praxi. A naopak s použitím velkého množství výsledků kontrolních zkoušek prováděných na velkokapacitních betonárnách byly stanoveny některé změny fyzikálně-mechanických vlastností betonu s dopady do projekční činnosti. Dlouhodobé sledování nárůstů pevností betonu ze struskoportlandských cementů s příměsí popílku prováděné odborem laboratoří o.p. Vodní stavby ve spolupráci se Stavebním ústavem ČVUT prokázalo nárůst fyzikálních a mechanických vlastností betonů. Této skutečnosti bylo využito společným úsilím Stavebního ústavu ČVUT, odboru laboratoří o.p. Vodní stavby a technického oddělení n.p. Metrostav a ve druhém pololetí roku 1982 byly realizovány na stavbě pražského metra první betonáže s betonem se zaručenou pevností po 90 dnech. Při průměrné úspoře 50 kg cementu na 1 m3 betonu se ušetřilo 255 tun cementu.

Čtěte také: Efektivní ohřev vody

Popílek v masivních betonových konstrukcích (JE Temelín)

Během výstavby JE Temelín bylo nutné zhotovit větší počet základových desek velkých rozměrů. Typickými příklady jsou základy budov reaktorů o velikosti 68×68×2,4 m a základy stolic turbogenerátorů s rozměry 16×60×2,7 m. Při betonážích těchto konstrukcí je velké riziko vzniku trhlin, které znehodnocují kvalitu stavebního díla a mohou mít až havarijní charakter. Největší riziko vzniku trhlin souvisí s uvolňováním hydratačního tepla během zrání betonu.

Dynamika uvolňovaného tepla, velikost teplot v jednotlivých bodech základových desek závisí na druhu cementu, tloušťce desky, množství cementu v 1 m3 betonu, teplotě vnějšího prostředí, způsobu ošetřování konstrukce a zvláštních opatřeních (teplená izolace, vnitřní chlazení).

V rámci předvýrobní přípravy při výběru technologie betonáže došlo ke spolupráci s.p. Vodní stavby a Výstavba jaderné elektrárny Temelín s Technickým a zkušebním ústavem stavebním České Budějovice a Stavebním ústavem ČVUT. Jako nejvýhodnější způsob výstavby v podmínkách JE Temelín se ukázalo postupné vrstvení čerstvého betonu na celou plochu základové desky, ale jen na část tloušťky. Na základě zkušeností z výstavby pražského metra byla zvolena alternativa použití popílku jako aktivní příměsi. Částice popílku jsou složeny z nejrůznějších krystalů, mají sklovitou fázi, vykazují dutiny nebo zpěnění. Aktivní složky jsou aktivovány k hydrataci vápennými složkami cementu. Typy reakcí aktivních složek, které mohou probíhat ve vodním prostředí, je celá řada. Jako zdroj popílku byla vytipována teplárna n.p. Silon Planá nad Lužnicí. Požadavky na kvalitu popílku byly stanoveny v ČSN 72 2064 (Popílek jako aktivní příměs do betonu) a ČSN 72 2065 (Popílek jako kamenivo do betonu). Výsledky skoro dvouleté přípravy si pracovníci s.p. Vodní stavby a VJET potvrdili při výstavbě základové desky budovy reaktoru 1. Celkem bylo zpracováno 11 050 m3 betonu, v jednotlivých etapách 4092 m3, 4432 m3 a 2526 m3. Horní povrch dokončené základové desky byl srovnán latí bez dalších úprav a několik hodin po dokončení byl zakryt parotěsnou fólií a polystyrénem, který horní líc desky tepelně izoloval od okolního prostředí.

Současné využití popílku a legislativa

V současné době není použití popílku na betonárnách nijak výjimečné, obecně lze říci, že je popílek používán všude tam, kde jen to možnosti výrobny čerstvého betonu dovolují. Z hlediska legislativy je popílek do betonu deklarován dle norem ČSN EN 450-1 a ČSN EN 450-2, případně jako filer do betonu dle ČSN EN 12620+A1. Dle platné normy ČSN EN 206+A1 je možné popílkem nahrazovat určitou část cementu (použití k-hodnoty). Z našich zkušeností při tvorbě průkazních zkoušek je možné vyjmenovat současné zdroje popílku Mělník (ČEZ, a.s.), Ledvice (Elektrárna Ledvice), Chvaletice (Elektrárna Chvaletice, a.s.), Opatovice (Elektrárny Opatovice, a.s.), Dětmarovice (Elektrárna Dětmarovice, a.s.), Počerady (Elektrárna Počerady, a.s), Plzeň (Plzeňská teplárenská, a.s.), Litvínov (Unipetrol RPA, s.r.o.), Nová Huť (Fite, a.s.) a používán je u nás i popílek z lokality Rybnik (Polsko).

Používání příměsí do betonů lze už z historických i současných zkušeností označit jako jednoznačně přínosné, u určitých typů konstrukcí dokonce nezbytné. V naší laboratoři společnosti Stachema CZ s.r.o. byly během posledních pět let vypracovány průkazní zkoušky pro zhruba 45 betonáren, ve kterých byla použita příměs popílku a pro dalších zhruba 20 betonáren s kombinací příměsí popílku a strusky. Použití popílku pro speciální aplikace (například masivní konstrukce s požadavky na nízký vývin hydratačního tepla) je nutné řešit s dostatečným předstihem již v předvýrobní přípravě.

Čtěte také: Kreativní průvodce betonových hub

Vliv moderních technologií na kvalitu popílku

V průběhu posledních let se odstraňuje ze spalin stále více popílku. Snižování emisních limitů samozřejmě ovlivňuje jeho kvalitu. Dále je podrobněji popsán stav po zavedení technologií pro odstraňování oxidů dusíku ze spalin energetických zařízení spalujících uhlí (elektrárny, teplárny). Zatím posledním faktorem, který ovlivňuje použití popílku jako příměsi do betonu, je zavádění technologií SCR (selektivní katalytická redukce oxidů dusíku) a SNCR (selektivní nekatalytická redukce oxidů dusíku) do systému spalování fosilních paliv v elektrárnách či teplárnách za účelem redukce emisí oxidů dusíku - NOx. To bylo vyvoláno uplatňováním závěrů schválených Evropskou komisí v tzv. BAT (Best Available Techniques Conclusions).

K dosažení limitů obsahu NOx stanovených v BAT se využívá vstřikování roztoku močoviny nebo čpavkové vody do spalovacího prostoru, topeniště. Zjednodušeně řečeno zde dochází k reakci mezi čpavkem a oxidy dusíku, jejímž výsledkem je čistý dusík a voda. Bohužel ve spalinách pak zůstávají zbytky po reakci ve formě amonných solí. Je-li takovýto popílek použit při výrobě betonu, pak dojde k uvolňování toxického amoniaku v plynné formě. Dalším efektem, který použití technologie SCR či SNCR nově vnáší do popílku, je změna morfologie a granulometrie vlivem teplotního šoku při vstřikování amonného média o teplotě okolí do prostoru spalování s teplotami 900 až 1 100 °C.

Legislativní aspekty a problematika amoniaku

Zatímco změnu morfologie zrn či granulometrie popílku lze, pokud se to ekonomicky vyplatí, řešit technologickými prostředky (přísadami), s obsahem amonných iontů, které se po smíchání popílku s cementem a vodou při výrobě betonu mění v toxický čpavek, mohou nastat problémy hygienické. ČSN EN 450 - 1 uvádí sice v článku 5.4.2 jasné, avšak obecné ustanovení, že popílek nesmí obsahovat látky, které by po uvolnění byly nebezpečné pro zdraví, hygienu a životní prostředí. Pokud jsou jakékoliv požadavky na životní prostředí uvedeny v národních zákonech, musí se to vzít v úvahu a shoda s takovými předpisy se musí vyhodnotit před zahájením výroby. Platí následující legislativní předpisy:

• nařízení vlády 361/2007 Sb., které stanovuje limity amoniaku (NH3) v pracovním prostředí, a to ve výši 14 mg/m3 jako celosměnový průměr a ve výši 36 mg/m3 jako nepřekročitelnou koncentraci.
• vyhláška 6/2003 Sb., která stanovuje hygienické limity pro pobytové místnosti (životní prostředí), a to ve výši 200 µg/m3 jako limitní hodinovou koncentraci amoniaku.

Předpis, který by stanovil limitní hodnotu amonných iontů v popílku pro výrobce či pro osobu uvádějící výrobek na trh ve smyslu zákona 22/1997 Sb. o technických požadavcích, neexistuje, harmonizovaná norma tento požadavek v příloze ZA nemá a odvolává se jen obecně na místní předpisy. Z toho plyne, že provozovatel spalovny uhlí nemusí při kontrole výroby zjišťovat úroveň koncentrace amonných iontů v popílku. Zpravidla tento popílek distribuuje ke konečnému spotřebiteli prostřednictvím třetí osoby, které popílek prodává, a ta ho dopravuje a dodává betonárně. Odpovědnost dodržení výše uvedených limitů pak zcela padá na výrobce betonu. Ten však často nezná podmínky pracovního prostředí na stavbě, kde je beton ukládán a kde je třeba dodržet limity stanovené pro pracovní prostředí podle [13].

Výzkum a řešení problematiky amoniaku

Existovala řada studií a pokusů, jak nějakou limitní hodnotu stanovit, avšak k zobecnění výsledků v nějakém závazném nařízení nedošlo. Systematicky se zkoušením obsahu amonných iontů v popílku zabývá akreditovaná zkušební laboratoř č. 1447 Výzkumného ústavu maltovin Praha. Ke stanovení používá vlastní metodu stanovení amonných iontů (NH4+) fotometricky dle vlastního postupu SOP-Z-06. Dlouhodobá pravidelná měření ukazují na různou míru kontaminace popílků z různých zdrojů. V ČR se amoniak v popílcích objevuje především vázaný ve formě amonných solí, převážně jako síran amonný.

Svaz výrobců betonu inicioval sérii měření, kterou provedla v roce 2020 akreditovaná zkušební laboratoř č. 1447, s cílem zjistit na odebraných vzorcích z konkrétních zdrojů popílku dodávaného v souladu s ČSN EN 450 - 1 do výroben betonu, zda obsahují větší podíl plynného amoniaku, který se v čase z popílku uvolní, nebo zda je amoniak v těchto vzorcích spíše vázán v amonných solích. Z uložených vzorků pak bylo v čase odebíráno potřebné množství pro stanovení obsahu amonných iontů fotometricky.

Dále byly provedeny zkoušky k prověření možnosti rychlého odstranění amoniaku. Zkoušky spočívaly jednak v intenzivním provzdušňování vzorku, jednak v tepelném odstranění všech forem amoniakálního dusíku z popílku (podle tabulek síran amonný taje za současného rozkladu při 230 °C).

Tabulka obsahu amonných iontů v popílku po provzdušňování a tepelném zatížení

Bylo by tedy vhodné posílit systematický výzkum možné náhrady popílku jako příměsi do betonu, alespoň pro zlepšení reologických vlastností, dosud méně využívanými nebo vůbec nepoužívanými alternativami.

Zásobníky na cement a popílek

Zásobníky se používají k uchování sypkých produktů při uskladnění nebo v průběhu výrobního procesu. Hranaté zásobníky dodáváme vyrobené z pozinkovaných nebo klasických plechů opatřených nátěrem. Zásobníky je možné používat ve venkovním nebo vnitřním prostředí.

Nepodjezdné zásobníky s úhlem výsypky 40°/57° dodáváme i z renovovaných smaltovaných plechů typu Vítkovice. Toto řešení je vhodné pro vstupní zásobníky, výrobní zásobníky, skladovací zásobníky a expediční zásobníky. Podjezdné zásobníky s úhlem výsypky 40° montujeme z nových i renovovaných smaltovaných plechů typu Vítkovice. Tyto zásobníky jsou určeny ke krátkodobému i dlouhodobému skladování různých sypkých materiálů.

Ocelové zásobníky jsou určeny ke krátkodobému skladování sypkých materiálů. Všechny součásti zásobníku jsou vyrobeny z ocelových plechů a opatřeny kvalitním nátěrem. Tyto zásobníky se vyrábějí s konusem s výpadovým úhlem 45° a 60°. Pozinkované zásobníky jsou určeny ke krátkodobému skladování různých sypkých materiálů. Všechny součásti zásobníku jsou vyráběny z galvanizované oceli nebo jsou zinkově galvanizované. Tyto zásobníky se vyrábějí s konusem s výpadovým úhlem 45° a 60°. Zásobníky jsou vyrobeny z vlnitých pozinkovaných plechů, s výsypkou a střechou. Nabízíme dodávky a montáže zásobníků z renovovaných smaltovaných plechů typu Vítkovice. Toto řešení je vhodné jak pro vstupní zásobníky, výrobní zásobníky a expediční zásobníky.

Systémy skladování popílku

Vhodný systém krátkodobého výrobního skladování popílku je nezbytným předpokladem pro jeho další úspěšné využívání jako výrobní suroviny. Způsob plnění zásobníku může být např. pomocí plnícího potrubí DN 80 s připojením přímo na cisternu silokamionu s popílkem, nebo standardními dopravními cestami, používanými na přepravu popílku.

Zásobníky jsou z bezpečnostních důvodů vybaveny protiexplosivním přetlakovým ventilem. Také je možné zásobníky dodat s monitorováním množství popílku v zásobníku (radarové, mikrovlnné, vibrosonda). Jednotlivé zásobníky nebo jejich sestavu navrhujeme dle požadavků zákazníka. Popílek, který se shromažduje ve výsypkách elektroodlučovačů, se přes turniketové podavače dávkuje do fluidních žlabů, které dopravují popílek z několika výsypek do systému pneumatické dopravy. Ta může být kontinuální nebo častěji diskontinuální s použitím tzv. komorových podavačů. Uspořádáním fluidních žlabů, pneumatické dopravy a mezizásobníků lze shromažďovat popílek různé velikosti zrn podle potřeb následného způsobu využití. Z mezizásobníku se popílek dávkuje do komorového podavače, odkud se dopravuje do zásobního sila na popílek. Silo je vybaveno pneumatickým vyprazdňovacím zařízením, čeřením a výstupním filtrem dopravního a čeřicího vzduchu. Zásobník popílku může obecně být ocelový nebo betonový. Při skladování popílku ve velkokapacitních silech záleží velmi na systému vyprazdňování, neboť popílek, ve spodních partiích vystavený vysokým tlakům, má sklon k silnému zhutnění a snížení tekutosti.

tags: #zasobniku #cementu #a #popilku

Oblíbené příspěvky:

• Využití EBA cementů v moderní stomatologii
• Komplexní průvodce sanací základů a hydroizolace sklepů
• Vše o střechách ocelových hal
• PVC ubrus pro moderní interiér
• výhody akátové dlažby v exteriéru