WYKORZYSTANIE ODPADÓW Z GÓRNICTWA I ENERGETYKI W BUDOWNICTWIE mgr inż. B.Rubińska Jonczy, dr inż. Jan A. Rubin *) W referacie przedstawiono główne kierunki badań nad utylizacją odpadów przemysłowych. Prace badawcze dotyczyły odpadów z przemysłu energetycznego i wydobywczego oraz możliwości ich wykorzystania w budownictwie. 1. Wprowadzenie. W istniejących warunkach Górnego Śląska, biorąc pod uwagę szczególnie silne zanieczyszczenie środowiska, wykorzystanie miejscowych materiałów odpadowych wymaga prowadzenia skrupulatnych badań i ustalenia ścisłych kryteriów oceny pod względem przydatności w budownictwie. Ze względu na zastosowanie, można wyszczególnić cztery podstawowe grupy odpadów jako surowców do wytwarzania: betonów komórkowych; ceramiki budowlanej; kruszyw budowlanych; spoiw mineralnych. W Katedrze Procesów Budowlanych Politechniki Śląskiej od wielu lat prowadzone są badania nad utylizacją odpadów przemysłowych. Prace badawcze dotyczą odpadów przemysłu energetycznego, hutniczego oraz wydobywczego. W przygotowanym referacie przedstawiono wyniki badań własnych odpadów przemysłu wydobywczego i energetycznego wykorzystywanych bezpośrednio lub po obróbce jako materiały budowlane. Jako podstawowe kryterium przyjęto poziom zawartości pierwiastków naturalnie promieniotwórczych, następnie skład chemiczny z zawartością szkodliwych związków chemicznych oraz cechy techniczne wymagane dla materiałów budowlanych. Prowadzone badania i analiza uzyskanych wyników pozwoliły na ocenę przydatności omawianych odpadów przemysłowych stosowanych w budownictwie ze względu na ich cechy techniczne, a także z punktu widzenia zagrożeń radiacyjnych. Nagromadzone na składowiskach odpady z górnictwa oraz z energetyki stanowią spore obciążenie dla środowiska naturalnego człowieka. Skala, a także zasięg tego zjawiska zależy od bardzo wielu czynników, w tym przede wszystkim od ilości i rodzaju omawianych odpadów, jak również od ich składu chemicznego i granulometrycznego oraz stężenia naturalnych radionuklidów. *) Katedra Procesów Budowlanych, Wydział Budownictwa, Politechnika Śląska w Gliwicach. 147
2. Odpady w budownictwie. Właściwy rozwój technologii betonów lekkich kruszywowych jest ściśle związany z rozwojem produkcji kruszyw lekkich. Na świecie zastosowanie kruszyw lekkich do betonów z roku na rok wzrasta; związane jest to głównie z nowo rozwiniętymi technologiami produkcji tych kruszyw, charakteryzujących się szerokim zakresem parametrów materiałowych, takich jak: gęstość pozorna, wytrzymałość, izolacyjność, trwałość. Kruszywa te, stanowiące bazę do wytwarzania betonów lekkich w bardzo istotnym stopniu wyznaczają właściwości tychże betonów. Niewątpliwym czynnikiem, który w ostatnich latach przyczynia się również do spopularyzowania kompozytów betonowych jako materiału konstrukcyjnego oraz izolacyjnego, jest coraz większe doświadczenie zarówno projektantów jak i wykonawców w tym zakresie. Od wielu lat z dużym powodzeniem na szeroką skalę wykorzystuje się w budownictwie odpady przemysłowe. W betonach lekkich stosowanych obecnie dominują kruszywa lekkie wytwarzane przemysłowo. Wyróżnia się tutaj trzy główne typy kruszyw: spiekane paleniskowe popioły lotne; ekspandowane w sposób termiczny gliny lub łupki; żużle spieniane poprzez gwałtowne schłodzenie. W tabeli 1 zaprezentowano przykładowe kruszywa lekkie stosowane w budownictwie. Tabela 1. Podział kruszyw sztucznych lekkich w zależności od rodzaju surowca użytego do produkcji oraz metody otrzymywania. Symbol G r u p a A s o r t y m e n t A Kruszywa z surowców mineralnych Keramzyt, glinoporyt, inne. poddawanych obróbce termicznej. B Kruszywa z odpadów przemysłowych Gralit, łupkoporyt, popiołoporyt, poddawanych obróbce pumeks hutniczy, żużel granulo- termicznej. wany, inne. C Kruszywa z odpadów przemysłowych nie poddawane dodatkowej obróbce termicznej. Elporyt, łupkoporyt ze zwałów, pył krzemionkowy, inne. D Kruszywa organiczne. Granulki styropianowe, inne. 148
Na jakość kruszywa lekkiego mają zasadniczo wpływ dwa czynniki: materiał z jakiego zostało wytworzone kruszywo (np. gliny pęczniejące oraz niepęczniejące, żużle paleniskowe i wielkopiecowe, popioly lotne, łupki przywęglowe oraz lekkie skały naturalne); technologia produkcji tych kruszyw (granulowanie, spiekanie, utwardzanie, spienianie, itp.). Te dwa czynniki determinują późniejsze właściwości kruszyw lekkich, a zatem i właściwości techniczne betonów wykonywanych na bazie omawianych kruszyw. Badania strukturalne kruszyw lekkich, np. poprzez analizę rentgenowską, dają jednoznaczną odpowiedź na pytanie dotyczące przydatności tych kruszyw do betonów lekkich. Dzięki obrazowi mikrostruktury kruszywa można bowiem ocenić nie tylko jego porowatość (wielkość, kształt i rodzaj porów) ale także skład chemiczny i mineralogiczny, a więc zespół cech mających istotny wpływ na jakość zarówno samego kruszywa jak i betonu wykonywanego z jego udziałem. Nie bez znaczenia na procesy wiązania i twardnienia przebiegające w betonach ma wpływ potencjalna reaktywność kruszyw lekkich. W przeciwieństwie do większości kruszyw naturalnych, kruszywa lekkie sztuczne mogą wchodzić w reakcje chemiczne z otaczającym je zaczynem cementowym. Wpływ reaktywności chemicznej kruszyw lekkich na kształtowanie się struktury strefy kontaktowej jest różnie oceniany w literaturze, niemniej jednak udowodniono, że kruszywa żużlowe, a także wyprodukowane na bazie popiołów lotnych wykazują potencjalną reaktywność pucolanową. Wyższe zawartości faz krzemianowych w strefie kontaktowej, poprawiające zarówno trwałość jak i wytrzymałość betonu, są pośrednim dowodem na zaistnienie reakcji pucolanowych. Dodatkowo należy podkreślić, że efektywność tych reakcji zależy od składu chemicznego surowców użytych do produkcji kruszyw, jak również od zastosowanych temperatur w czasie obróbki termicznej jakiej są poddawane kruszywa. 3. Kierunki badań. Przeprowadzono szereg badań, a ich podstawowe kierunki to: kształtowanie struktury betonów elporytowych poprzez doziarnianie innymi kruszywami grubymi, uwzględniając konieczność ograniczania zużycia cementu; kształtowanie struktury betonów uwzględniając zanieczyszczenia szkodliwe dla zdrowia, w tym radioaktywność naturalną składników mieszanek betonowych; kształtowanie struktury betonów wysokich wytrzymałości na przykładzie betonów elporytowo łupkowych; 149
określenie odporności termicznej wpływ wysokiej temperatury na betony elporytowe i betony doziarniane kruszywami grubymi. Rozpatrywano wiele czynników wpływających na cechy tworzywa betonowego, poszukując wspólnego obszaru uwzględniającego wpływy własności składników (surowców odpadowych), a także ich zanieczyszczeń (chemicznych i promieniotwórczych) oraz ich udziałów masowych. W związku z przyjęciem zagrożenia radiacyjnego jako jednego z kryteriów oceny przydatności odpadów przemysłowych stosowanych w budownictwie przeprowadzono badania poziomu zanieczyszczeń promieniotwórczych. Zgodnie z normą PN 86/B 23006 we wszystkich kruszywach stosowanych do betonów lekkich, stężenie pierwiastków promieniotwórczych powinno odpowiadać wymaganiom zawartym w Instrukcji ITB 234. Określenie zanieczyszczeń promieniotwórczych w surowcach i materiałach budowlanych polega na wyznaczeniu sumarycznej aktywności występujących w nich radionuklidów oraz pośrednio wielkości emisji gazowego radonu i porównaniu wyników z wymaganiami zawartymi we wspomnianej już Instrukcji ITB 234/95. Wyznaczenie stężenia naturalnych pierwiastków promieniotwórczych w badanych surowcach i materiałach pozwala na wyliczenie współczynników kwalifikacyjnych. Warunkiem stwierdzenia ograniczenia aktywności sumarycznej naturalnych pierwiastków promieniotwórczych, tzn. potasu K-40, radu Ra-226 i toru Th-232 jest ustalona wielkość współczynnika kwalifikacyjnego f 1, zaś ograniczenia stężenia radu co wiąże się z ekshalacją gazowego radonu wielkość współczynnika kwalifikacyjnego f 2. Współczynniki f 1 i f 2 mają następującą postać matematyczną: f 1 = 0,00027 S K + 0,0027 S Ra + 0,0043 S Th 1 (1) f 2 = S Ra 185 [Bq/kg] (2) gdzie: S K, S Ra, S Th stężenie potasu, radu i toru w badanych surowcach, w [Bq/kg]. Oba wymienione powyżej warunki muszą być spełnione przez materiały budowlane stosowane w budownictwie przeznaczonym na stały pobyt ludzi ; jeśli chodzi zaś o surowce mineralne, to dopuszcza się przekroczenia do 20 % (tzn. f 1 1,20 oraz f 2 222 [Bq/kg]), pod warunkiem że zostaną one zastosowane w wyrobach budowlanych w takich ilościach i przy wykorzystaniu takich technologii, iż gotowy wyrób będzie spełniał normatywne warunki (1) i (2). 150
W tabeli 2 przedstawiono wartości w/w stężeń, a także wielkości liczbowe współczynników kwalifikacyjnych f 1 i f 2 dla łupka hałdowego samoczynnie przepalonego z wybranych hałd kopalnianych Górnego Śląska. Z kolei w tabeli 3 zebrano dane j.w. dla innych wybranych mineralnych kruszyw lekkich. Wartości stężeń naturalnych pierwiastków promieniotwórczych podano wg badań własnych. Tabela 2. Promieniotwórczość naturalna łupków hałdowych. KWK Anna ŁUPEK HAŁDOWY KWK Borynia KWK Centrum KWK Halemba KWK Jowisz KWK Knurów KWK 1 Maja KWK Marcel KWK Moszczenica KWK Murcki KWK Rydułtowy KWK Rymer KWK Zabrze Stężenie radionuklidów [Bq/kg] Wsp. Kwalifikacyjne: K-40 Ra-226 Th-228 f 1 f 2 [Bq/kg] 822,56 ±15,48 713,65 ±10,14 362,45 ±15,55 732,90 ± 6,75 804,94 ±18,23 736,08 ± 4,91 355,99 ± 22,71 264,34 ± 51,50 820,91 ±11,12 722,65 ± 7,81 892,40 ± 14,81 297,54 ± 23,14 802,24 ± 12,30 144,12 ± 1,81 56,57 ± 1,13 109,61 ± 2,42 80,41 ± 0,72 101,49 ± 2,31 143,75 ± 1,11 121,70 ± 5,61 289,69 ± 13,03 52,68 ± 1,18 85,70 ± 1,50 123,70 ± 1,70 137,25 ± 5,86 118,23 ± 3,65 70,68 ± 1,16 61,99 ± 0,75 3,74 ± 0,82 53,48 ± 0,49 68,28 ± 1,20 74,52 ± 0,66 44,22 ± 2,23 59,79 ± 4,58 64,30 ± 0,18 59,93 ± 0,66 72,27 ± 1,09 42,96 ± 2,21 105,66 ± 1,73 0,915 ± 0,014 0,612 ± 0,009 0,410 ± 0,014 0,650 ± 0,006 0,785 ± 0,016 0,907 ± 0,007 0,615 ± 0,031 1,111 ± 0,069 0,641 ± 0,007 0,684 ± 0,009 0,886 ± 0,013 0,636 ± 0,032 0,990 ± 0,021 144,12 ± 1,81 56,57 ± 1,13 109,61 ± 2,42 80,41 ± 0,72 101,49 ± 2,31 143,75 ± 1,11 121,70 ± 5,61 289,69 ± 13,03 52,68 ± 1,18 85,70 ± 1,50 123,70 ± 1,70 137,25 ± 5,86 118,23 ± 3,65 151
Tabela 3. Promieniotwórczość naturalna wybranych kruszyw lekkich. RODZAJ Stężenie radionuklidów [Bq/kg] Wsp. Kwalifikacyjne: KRUSZYWA K-40 Ra-226 Th-228 f 1 f 2 [Bq/kg] AGLOPORYT Produkcji czeskiej 821,00 ± 52,00 128,00 ± 7,00 84,00 ± 4,00 0,930 ± 0,030 128,00 ± 7,00 ELPORYT Elektrownia Rybnik 794,90 ± 5,83 119,52 ± 0,60 82,76 ± 0,58 0,893 ± 0,006 119,62 ± 0,60 KARBOPORYT K.W.K. Murcki 1014,10 ± 12,65 75,31 ± 1,36 73,87 ± 0,90 0,795 ± 0,011 75,31 ± 1,36 KERAMZYT Wytwórnia Gniew 1008,00 ± 62,00 63,00 ± 4,00 50,00 ± 3,00 0,660 ± 0,020 63,00 ± 4,00 KERAMZYT Wytwórnia Mszczonów 400,36 ± 24,64 129,84 ± 6,78 49,05 ± 2,65 0,670 ± 0,036 129,84 ± 6,78 KRUSZYWO POLLYTAG Gdańsk 40,27 ± 4,08 53,14 ± 1,40 13,18 ± 0,63 0,211 ± 0,008 53,14 ± 1,40 MIKROSFERY Elektrociepłownia Halemba 574,90 ± 11,10 43,66 ± 1,20 40,68 ± 0,80 0,448 ± 0,010 43,66 ± 1,20 POPIOŁOPORYT Kraków 776,17 ± 4,36 100,61 ± 0,39 75,28 ± 0,64 0,805 ± 0,005 100,61 ± 0,39 ŻUŻEL Elektrociepłownia Zabrze 424,51 ± 11,03 86,32 ± 1,36 45,68 ± 0,87 0,544 ± 0,010 86,32 ± 1,36 ŻUŻEL Elektrociepłownia Łaziska 719,58 ± 15,85 76,30 ± 1,90 82,34 ± 1,25 0,750 ± 0,020 76,30 ± 1,90 Zmienność promieniotwórczości naturalnej dotyczy nie tylko różnych kruszyw pochodzących od różnych producentów, lecz również tego samego kruszywa pochodzącego z jednego źródła produkcji, ale wytworzonego w różnym czasie. Przykładowo, węgiel wykorzystywany przez Elektrownię Rybnik w różnych latach, był dostarczany przez różne kopanie węgla kamiennego i do tego z różnych pokładów geologicznych. Stąd np. żużel elektrowniany czyli elporyt charakteryzuje się zmiennymi parametrami promieniotwórczymi (tabela 4). Tabela 4. Promieniotwórczość naturalna kruszywa elporytowego określona w różnych latach. Lp. Data Stężenie radionuklidów, [Bq/kg]: Współczynniki kwalifikacyjne: pomiaru S K S Ra S Th f 1 f 2 [Bq/kg] 1. 1993r. 465,42 ±47,00 100,56 ±11,27 59,54 ±7,48 0,653 ±0,075 100,56 ±11,27 2. 1994r. 811,60 ±17,61 108,35 ±2,09 84,77 ±1,36 0,876 ±0,016 108,35 ±2,09 3. 1996r. 794,90 ±5,83 119,52 ±0,60 82,76 ±0,58 0,893 ±0,006 119,52 ±0,60 4. 1997r. 880,59 ±52,71 135,27 ±7,40 112,89 ±4,74 1,088 ±0,055 135,27 ±7,40 152
4. Kształtowanie struktury betonów. Analizując przydatność przebadanych kruszyw lekkich np. łupka hałdowego samoczynnie przepalonego (KWK Jowisz, KWK Murcki, KWK Rydułtowy, itd.), elporytu oraz agloporytu i karboporytu do wytwarzania betonów, przeprowadzono szereg badań ich własności technicznych. Uwzględniano równocześnie względy ekonomiczne, a także zminimalizowanie zagrożeń wynikających z różnego rodzaju zanieczyszczeń zwłaszcza radiacyjnych. Do badań nad kształtowaniem struktury betonów wybrano elporyt, łupek hałdowy samoczynnie przepalony z KWK Rydułtowy, agloporyt, karboporyt oraz kruszywo lekkie mineralne keramzyt. O wyborze tym zadecydował fakt, że są to surowce miejscowe (odpadają wysokie koszty transportu), odpady przemysłowe których składowanie może uda się zmniejszyć, a ich jakość powinna być zgodna z zaleceniami dotyczącymi budownictwa korzystnego dla środowiska, zawartymi w opracowaniach Komitetu Osiedli Ludzkich Europejskiej Komisji ONZ. Zgodnie z wymienionym powyżej jednym z kierunków badań należy podkreślić, że stosowanie elporytu, jako podstawowego wypełniacza, ze względu na jego bardzo drobne uziarnienie prowadziłoby do nadmiernego zużycia cementu w betonach. Byłoby to niekorzystne ze względów ekonomicznych ale również technologicznych. Zastosowanie dużej ilości cementu prowadzi bowiem zwykle m.in. do nadmiernego skurczu i w dalszej konsekwencji obniża poziom jego podstawowych właściwości a także trwałość. Efektem tych badań i rozważań była decyzja o konieczności zastosowania doziarnień kruszywami grubymi. Przebadano następujące betony: Ap/5, Kp/5, Kr/5 stosunek wagowy cement : kruszywa (30% fr.0-2 mm (elporyt) i 70% fr 2-16 mm (odpowiednio: agloporyt, karboporyt, keramzyt)) jak 1:5; I/3, I/4, I/5 stosunek wagowy cement : kruszywa (100% elporytu) odpowiednio 1:3, 1:4, 1:5; I/3pk, I/4pk, I/5pk stosunek wagowy spoiwa cementowo-pyłowego : kruszywa (100% elporytu) odpowiednio 1:3, 1:4, 1:5; II/3, II/4, II/5 stosunek wagowy cement : kruszywa (70% fr.0-2 mm (elporyt) i 30% fr 2-16 mm (łupek hałdowy)) odpowiednio 1:3, 1:4, 1:5; II/3pk, II/4pk, II/5pk stosunek wagowy spoiwa cementowo-pyłowego : kruszywa (70% fr.0-2 mm (elporyt) i 30% fr 2-16 mm (łupek hałdowy)) odpowiednio 1:3, 1:4, 1:5; III/3, III/4, III/5 stosunek wagowy cement : kruszywa (50% fr.0-2 mm (elporyt) i 50% fr 2-16 mm (łupek hałdowy)) odpowiednio 1:3, 1:4, 1:5; III/3pk, III/4pk, III/5pk stosunek wagowy spoiwa cementowo-pyłowego : kruszywa (50% fr.0-2 mm (elporyt) i 50% fr 2-16 mm (łupek hałdowy)) odpowiednio 1:3, 1:4, 1:5; 153
IV/3, IV/4, IV/5 stosunek wagowy cement : kruszywa (30% fr.0-2 mm (elporyt) i 70% fr 2-16 mm (łupek hałdowy)) odpowiednio 1:3, 1:4, 1:5; IV/3pk, IV/4pk, IV/5pk stosunek wagowy spoiwa cementowo-pyłowego : kruszywa (30% fr.0-2 mm (elporyt) i 70% fr 2-16 mm (łupek hałdowy)) odpowiednio 1:3, 1:4, 1:5. Wyniki badań zaprezentowano w tabeli 5. Tabela 5. Wybrane cechy techniczne omawianych betonów lekkich. Ozn. R c ρ o P n w f 1 f 2 [MPa] [kg/dm 3 ] [%] [%] [ ] [Bq/kg] Ap/5 12,75 1,41 0,97 177,90 Kp/5 11,62 1,30 0,82 86,86 Kr/5 17,55 1,35 0,74 125,03 I/3 7,25 1,38 37,9 29,79 0,88 110,87 I/3pk 10,02 1,40 29,8 27,12 0,86 108,07 I/4 4,99 1,33 41,8 34,93 0,88 110,40 I/4pk 4,06 1,36 38,5 36,27 0,87 108,29 I/5 4,87 1,34 41,0 31,80 0,88 110,24 I/5pk 3,56 1,36 36,1 35,61 0,87 108,55 II/3 12,40 1,54 34,0 24,04 0,89 114,85 II/3pk 16,12 1,55 29,1 20,58 0,86 111,92 II/4 8,55 1,50 36,4 26,10 0,88 114,69 II/4pk 7,70 1,58 30,9 28,81 0,87 112,48 II/5 8,38 1,59 38,3 27,33 0,88 114,60 II/5pk 7,96 1,54 31,2 28,90 0,87 112,82 III/3 20,60 1,76 26,2 18,65 0,89 117,50 III/3pk 23,66 1,78 20,2 17,10 0,86 114,48 III/4 13,86 1,72 27,4 19,24 0,89 117,60 III/4pk 13,70 1,72 19,5 21,27 0,87 115,32 III/5 9,83 1,70 27,1 19,23 0,89 117,41 III/5pk 11,14 1,72 19,2 20,08 0,87 115,58 IV/3 30,90 1,80 34,7 15,11 0,89 120,78 IV/3pk 37,26 1,82 27,7 11,07 0,86 117,66 IV/4 20,59 1,84 38,6 13,48 0,89 120,83 IV/4pk 20,17 1,81 33,2 14,12 0,87 118,47 IV/5 14,46 1,81 47,8 15,72 0,89 120,74 IV/5pk 16,71 1,86 37,1 17,60 0,87 118,84 Zastosowanie doziarnień prowadzi nawet do 4-ro krotnego wzrostu wytrzymałości na ściskanie po 28-miu dniach. Wprowadzenie kruszywa łupkowego do betonów elporytowych powoduje oczywisty wzrost gęstości pozornej w granicach 20 40%. Nie wpływa to jednak na konieczność dyskwalifikacji tych tworzyw z grupy betonów lek- 154
kich, bowiem wartości zawarte są poniżej granicy określonej normowo czyli 2000 kg/m 3. Betony elporytowo łupkowe wykazują niemalże całkowitą mrozoodporność, ocenioną na podstawie ubytków masy w granicach 0,5 1,3% w porównaniu do betonów elporytowych w których stwierdzono liczne uszkodzenia i ubytki. Wszystkie składniki betonów elporytowych i elporytowych doziarnianych były każdorazowo badane pod względem ich promieniotwórczości naturalnej, zgodnie z wcześniejszą uwagą co do zmienności poziomu zanieczyszczeń. Wyeliminowano więc ze szczegółowych rozważań te kruszywa dla których wartości współczynników kwalifikacyjnych zostały przekroczone. Biorąc pod uwagę możliwość uzyskiwania betonów konstrukcyjnych na rozpatrywanych kruszywach, przeprowadzono badania nad możliwością uzyskania wyższych wytrzymałości stosując takie same dodatki jak w betonach zwykłych. Na uzyskanie podwyższonych wytrzymałości ma wpływ zarówno rodzaj kruszywa, jak również zastosowanie dodatków mineralnych. Obecnie w technologii betonów stosuje się dodatki mineralne i domieszki chemiczne, modyfikujące zarówno mieszankę betonową jak i beton. Znając rezultaty badań w których stosowano pył krzemionkowy w celu uzyskania większej szczelności oraz wzrostu wytrzymałości na ściskanie, przeprowadzono również takie próby dla omawianych betonów lekkich. Bardzo drobne uziarnienie i ogromnie rozwinięta powierzchnia ziarn bezpostaciowej krzemionki decydują o pucolanowych właściwościach pyłów. Pył krzemionkowy to także odpad przemysłowy, uzyskiwany przy produkcji żelazostopów w piecach łukowych (np. Huta Łaziska). Zastosowany dodatek pyłu w ilości 10% w stosunku do masy cementu powoduje wzrost wytrzymałości 28-mio dniowej o około 30%. Wprowadzenie pyłu krzemionkowego powoduje nie tylko wzrosty wytrzymałości na ściskanie, ale także lepsze uszczelnienie struktury betonu. Potwierdzają to przeprowadzone badania nasiąkliwości dla wszystkich typów betonów. Zgodnie z kolejnym kierunkiem badań skupiono się na określeniu wpływu wysokiej temperatury na cechy techniczne betonów lekkich. W wysokiej temperaturze właściwości materiałów ulegają znacznym zmianom w stosunku do właściwości np. w temp. 20 C. W przypadku właściwości mechanicznych następuje na ogół spadek takich cech jak wytrzymałość czy współczynnik sprężystości. W materiałach porowatych takich jak beton temperatura oprócz zmian strukturalnych powoduje skutki wtórne nie wynikające bezpośrednio z ogrzania materiału. Jak wynika z badań wpływu wysokich temperatur na odkształcenia termiczne prowadzące w efekcie do uszkodzeń, zależą one głównie od rodzaju kruszywa. Odkształcenia betonów na kruszywach lekkich są znacznie mniejsze w 155
porównaniu do betonów na kruszywach nineralnych łamanych, a więc i uszkodzenia są mniejsze. O zmianach cech mechanicznych betonów w temperaturze ok. 400 C decydują procesy fizykomechaniczne zachodzące w zaczynie cementowym oraz przyczepność zaczynu do kruszywa. Powyżej tej temperatury decydujący wpływ mają procesy zachodzące w kruszywach. Różnice występują jednak także w tej samej grupie kruszyw co nie jest niespodzianką bowiem różnice w morfologii są przecież znaczne w związku z pochodzeniem poszczególnych rodzajów kruszyw. Wpływ wysokiej temperatury na kształtowanie się własności wytrzymałościowych badanych betonów lekkich określono na podstawie badań przeprowadzonych na próbkach, które zostały poddane działaniu temperatury 900 C w piecu elektrycznym. Przebadano betony elporytowe doziarnione kruszywami grubymi, jak również kontrolnie beton żwirowy. Wyniki badań zaprezentowano w tabeli 6. Tabela 6. Podstawowe cechy techniczne omawianych betonów. Cechy betonów: Ap/5 Kp/5 Kr/5 IV/5 IV/4 IV/3 ŻR/4 R c [MPa] ρ o [kg/dm 3 ] 28 dn. 12,75 11,62 17,55 14,46 20,59 30,90 25,92 900 C 2,99 2,07 4,16 4,75 7,36 10,85 8,67 28 dn. 1,410 1,300 1,350 1,810 1,840 1,880 2,203 900 C 1,348 1,147 1,207 1,582 1,606 1,673 2,090 R T c / R c [ ] 0,23 0,18 0,24 0,33 0,36 0,35 0,33 f 1 f 2 [ ] [Bq/kg] 0,97 177,90 0,82 86,86 0,74 125,03 0,89 120,74 0,89 120,83 0,89 120,78 0,16 20,36 gdzie: Ap/5 beton elporytowy doziarniany agloporytem; Kp/5 beton elporytowy doziarniany karboporytem; Kr/5 beton elporytowy doziarniany keramzytem; IV/5 3 beton elporytowy doziarniany łupkiem hałdowym; ŻR/4 kontrolny beton żwirowy. Badane betony wykazały różną odporność termiczną w zależności od rodzaju wprowadzonego kruszywa grubego. Największą odpornością termiczną charakteryzują się betony, w których zastosowano eleporyt i łupek hałdowy (wytrzymałość na ściskanie to 33 36% wytrzymałości 28-mio dniowej). Jak wynika z danych literaturowych uzyska- 156
no wyniki dla których można mówić o wystarczającej odporności termicznej koniecznej w czasie pożaru. Wprowadzenie karboporytu jako kruszywa grubego obok elporytu nie dało oczekiwanych rezultatów, większość próbek uległa znacznym uszkodzeniom. 5. Podsumowanie. Zastosowanie betonów lekkich rozwiązuje w sposób ekonomiczny i technicznie uzasadniony zagadnienia izolacji termicznej oraz akustycznej, zaspakajając pod tym względem lepiej od tradycyjnych materiałów wzrastające wymagania użytkownika. Zastosowanie do celów budowlanych materiałów odpadowych występujących na terenie Górnego Śląska w znacznych ilościach, których ciągle jeszcze narastające składowiska zajmują spore powierzchnie terenu, leży w interesie tak społeczeństwa jak i wielu gałęzi przemysłu. W polskim przemyśle wydobywczym, górnictwie oraz energetyce, hutnictwie żelaza i stali, a także metali nieżelaznych powstają rocznie miliony ton odpadów, które ciągle jeszcze przysparzają wiele kłopotów związanych z ich utylizacją. Wykorzystywanie surowców odpadowych w betonach lekkich, wymaga stosowania wielokryterialnej analizy doboru składników. Projektowanie mieszanek betonowych z wykorzystaniem surowców odpadowych powinno uwzględniać szczególnie różnego rodzaju zanieczyszczenia. Zaprezentowane powyżej wyniki badań wskazują na istnienie możliwości kształtowania lekkich betonów konstrukcyjnych i konstrukcyjno izolacyjnych na bazie tanich odpadów przemysłowych. Umożliwia to ograniczenie wydobycia kruszyw naturalnych oraz oszczędność energii koniecznej do produkcji sztucznych kruszyw lekkich. Nie należy odrzucać możliwości stosowania miejscowych surowców odpadowych, gdyż jak wynika z przedstawionej powyżej analizy istnieją możliwości ich wykorzystania korzystne zarówno ze względów ekonomicznych, jak i ekologicznych. Mimo odchodzenia w ostatnich latach od wykorzystywania odpadów przemysłowych w budownictwie, ciągle należy pamiętać o potencjalnych możliwościach zastosowania tych surowców. 157
Bibliografia: 1. Rubińska-Jonczy B., Rubin J.A.: Promieniotwórczość naturalna odpadów hutniczych stosowanych w budownictwie mieszkaniowym. XII Konferencja Naukowo Techniczna Huty Katowice pt. Problemy ochrony środowiska w hutnictwie na przykładzie Huty Katowice. Rogoźnik, 1992r. 2. Rubińska-Jonczy B., Rubin J.A.: Wpływ pyłu krzemionkowego na niektóre cechy betonów elporytowo łupkowych. XXXIX Konferencja Naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN i Konitetu Nauki PZITB pt.: Problemy naukowo-badawcze budownictwa. Tom 5. Krynica, 1993r. 3. Rubińska-Jonczy B., Rubin J.A.: Promieniotwórczość naturalna odpadów przemysłowych stosowanych w budownictwie. Przegląd Budowlany, 2/1994. 4. Rubińska-Jonczy B., Rubin J.A.: Kształtowanie struktury betonów lekkich na kruszywie elporytowym. XV Konferencja Naukowo Techniczna Przemysłu Betonów JADWISIN 95 pt.: Beton i Prefabrykacja. Część II. Rynia, 1995r. 5. Rubin J.A., Rubińska-Jonczy B., Wawrzyńczyk M.: Promieniotwórczość naturalna surowców odpadowych z górnictwa i energetyki stosowanych w budownictwie mieszkaniowym. Międzynarodowe Sympozjum Naukowe pt.: Gospodarka mineralnymi surowcami odpadowymi z górnictwa i energetyki. Kraków Przegorzały, 1996r. 6. Rubińska-Jonczy B.: Wpływ wysokiej temperatury na wybrane własności kompozytów elporytowo cementowych. Konferencja Naukowo Techniczna pt.: Precesy Budowlane 2000. Gliwice Kokotek, 2000r. 7. Rubin J.A.: Technologiczne kształtowanie struktury betonów lekkich kruszywowych z warunku promieniotwórczości naturalnej. Rozprawa doktorska. Gliwice, 2001r. THE UTILISATION OF WASTE MATERIAL FROM MAINING AND POWER ENGINEERING INDUSTRY S ummary THIS PAPER PRESENDS MAIN DIRECTIONS OF RESEARCHES OF UTILI- ZATION OF INDUSTRIAL WASTES. THESE RESEARCHES CONCERN WASTES FROM POWER ENGINEERING AND MINING INDUSTRY AND POSSIBILITY OF THEIR APPLICATION IN BUILDING. 158