Potencialna uporaiz papirniške industrije v asfaltih

fia pepelov

PROJEKT CELKROG SPODBUJA UP lORABO BIOMASE

ZA RAZVOJ NAPREDNIH MATERIALOV IN BIO-OSNOVAN I H PRODUKTOV

STRATEŠKA USMERITEV PROGRAMA CELKROG (IZKORIŠČANJE POTENCIALA BIOMASE ZA RAZVOJ NAPREDNIH

MATERIALOV IN BIO-OSNOVANIH PRODUKTOV) JE IZKORIŠČANJE POTENCIALA BIOMASE ZA RAZVOJ NAPRED-

NIH MATERIALOV IN BIO OSNOVANIH PRODUKTOV, Z VZPOSTAVLJANJEM NOVIH VERIG VREDNOSTI ZA

KASKADNO IN TRAJNOSTNO RABO OBNOVLJIVEGA SUROVINSKEGA VIRA.

TEKST// Marjan Tušar, Zavod za gradbeništvo Slovenije, Ljubljana in Kemijski inštitut, Ljubljana;

Vilma Ducman, Zavod za gradbeništvo Slovenije, Ljubljana

Program CelKrog sledi ciljem evropske

strategije za Prehod v krožno gospo-

darstvo kjer je raba biomase in mate-

rialov na osnovi obnovljivih virov prepozna-

na kot eno od prioritetnih področij krožnega

gospodarstva, ki lahko doprinesejo k razvo-

ju številnih novih proizvodov. Ta področja so;

gradbeništvo, pohištvena industrija, papir, hra-

na, tekstil, kemikalije in energijska izraba teh

materialov.

Tako v sklopu RRP 4 poteka valorizacija

odpadkov, nastalih v verigi papirniške tehno-

logije, za potencialno uporabo v gradbeniš-

tvu (lahko tudi v kombinaciji tudi z drugimi

odpadki). Tako med drugim preučujemo

možnost uporabe muljev in dveh vrst pepela iz

papirniške industrije v različnih gradbenih pro-

izvodih oz področjih: (i) opekarstvo, (ii) malte/

betoni, (iii) asfalti ...Za namen uporabe v ope-

karstvu smo preverili papirne mulje in pepele

Papirni mulj se lahko uporablja kot sredstvo

za tvorbo poroznosti (organske komponente

v mulju izgorijo in ostanejo pore v strukturi),

kar lahko izboljša toplotnoizolacijske lastno-

sti opeke. Dodatek pepela biomase pa lahko

izboljša postopek sintranja zaradi tvorbe

tekoče faze. Dve vrsti pepela smo ovrednotili

tudi kot mineralni dodatek in/ali kot polnilo vmaltah oz betonih, saj lahko pepeli odvisno

od njihovih lastnosti služijo kot polnilo (inerten

dodatek) ali kot pucolanski dodatek.

V primeru dodajanja pepela v asfaltne

zmesi se je predvidevalo, da bo zaradi vseb-

nosti hidratiziranega apna in kalcita dosežena

nekoliko izboljšana adhezija med bitumnom

Obj

ave

so n

amen

jene

inte

rni u

pora

bi v

skl

adu

z od

ločb

ami Z

ASP

in s

e br

ez s

ogla

sja

imet

nika

pra

vic

ne s

mej

o pr

osto

razm

nože

vati

in d

istri

buira

ti!Mineral 03.10.2018

SredaDržava: Slovenija

Doseg:

Stran: 52

Površina: 1.546 cm2 1 / 4

in kamnitim agregatom. Vpliv ostalih kompo-nent pepela je bil določen šele s preskušanji

asfaltov. Do sedaj dobljeni rezultati preiskavasfaltnih zmesi, ki vsebujejo pepel, so spreje-

mljivi, vendar nekoliko slabši, kot so bili dose-

ženi na referenčni asfaltni zmesi. V pričujočem

prispevku tako potrjujemo možnosti uporabe

odpadkov iz papirniške industrije v asfaltih.

Pepel iz papirniške industrijekot dodatek v asfaltuGlavne sestavine asfaltnih zmesi so bitu-

men, kamniti agregati in razni dodatki. Najprej

mora vsaka sestavina zadovoljiti določene

kriterije, na koncu pa mora najpomembnejše

funkcionalne kriterije zadovoljiti še asfaltna

zmes.

Cilj aktivnosti Laboratorija za asfalte je z

dodajanjem izbrane sekundarne surovine kot

dodatek k polnilu in obenem izboljšati adhe-

zijo med vezivom, kamnitimi agregati in polnili.

S tem smo želeli doseči saj enakovredne ali

izboljšane lastnosti glede na referenčne asfal-

tne zmesi.

Vpeljana je bila uporaba pepela iz kotla 5

tovarne VIPAP kot dodatek k polnilu (kameni

moki) v asfaltnih zmeseh. Pepel iz kotla 5 (K

5) tovarne VIPAP nastaja pri sežigu ostankov

iz dienking postopka (mulj DIP) in muljev iz

kemijske čistilne naprave (KMČN) v razmerju

70 o/o DIP in 30 % KMČN.

Ugotovljeno je bilo, da je v vhodni suro-vini (K 5) 10,2 °/o žganega apna - CaO in

89,8 % ostalih snovi. Predvidevalo se je,da je precejšen delež v pepelu iz apnenca

- CaCO g . Žgano apno v vgrajeni asfaltni

plasti ni zaželeno, ker pri nadaljnji hidrataciji

povzroča spremembo volumskih lastnosti.

Zato je bilo potrebno pred nadaljnjo uporabo

Slika 1: Priprava asfaltni zmesi,

Obj

ave

so n

amen

jene

inte

rni u

pora

bi v

skl

adu

z od

ločb

ami Z

ASP

in s

e br

ez s

ogla

sja

imet

nika

pra

vic

ne s

mej

o pr

osto

razm

nože

vati

in d

istri

buira

ti!Mineral 03.10.2018

SredaDržava: Slovenija

Doseg:

Stran: 52

Površina: 1.546 cm2 2 / 4

pepela K 5 v asfaltni zmesi žgano apno

hidratizirati.

V okviru te aktivnosti je bilo potrebno naj-

prej ovrednotiti vpliv K 5 kot dodatka polnilu

na lastnosti bitumna. Ugotovljeno je bilo, da

lahko dodajamo do 20 °/o pepela K 5 v polnilo.

V primeru dodajanja pepela K 5 v asfalt se

je predvidevalo, da bo zaradi vsebnosti hidra-

tiziranega apna in apnenca dosežena nekoliko

izboljšana adhezija med bitumnom in kamnitim

agregatom. Vpliv ostalih komponent pepela je

bil določen šele s preskušanji asfaltov.

Laboratorijsko je bila pripravljena asfaltna

zmes AC 1 1 surf B 50/70, ki je vsebovala

pepel K 5, ter referenčno zmes brez pepelaK 5 (slika 1). Z laboratorijskim zgoščanjem so

se pripravili preskušanci za preiskavo tvorbe

kolesnic, preiskava občutljivost na vodo in

preiskavo odpornost na nizke temperatureTSRST.

Za začetek je bila opravljena preiskavatvorbe kolesnic, s katero se laboratorijsko

ovrednoti odpornost asfaltne zmesi na trajno

preoblikovanje. Pri preiskavi tvorbe kolesnic

na referenčni asfaltni zmesi (slika 2) je bila

določena proporcionalna globina kolesnice

(PRDair) 20,3 % in hitrost naraščanja kole-

snice (WTS) 0,40. Pri preiskavi tvorbe kole-

snic na asfaltni zmesi, ki vsebuje pepel K 5

(slika 4) je bila določena proporcionalna

globina kolesnice (PRDair) 24,5 % in hitrost

naraščanja kolesnice (WTS) 0,58. Rezultat

je nekoliko slabši, kot je bil dosežen na refe-

renčni asfaltni zmesi.

Po zgoščanju asfaltnih preskušancev zudarnim zgoščevalnikom v skladu s standar-

dom SIST EN 1 2697-30 je bila na preskušan-

cih izvedena preiskava občutljivosti na vodo vskladu s standardom SIST EN 1 2697-1 2.

14.0 ,

12.0 — -

'''' «™““AO 1 1 suri B 50/70 + pepel pivi preskušanecAC 11 surf B 50/70 + pepel drugi preskušanec

00 — — referenčna zmes 12,0 - |Jf- ——referenčna zmes 2

0,0 4 1 1 1 � 1 1 1 1 10 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

število prehodov

Slika 2: Potek preiskave tvorbe kolesnic na asfaltni zmesi, ki vsebuje pepel K 5, in na

referenčni asfaltni zmesi.

Slika 3: Asfaltni preskušanci pripravljeni z udarnim zgoščevalnikom v skladu s standardom SIST EN

12697-30 in preskušanci tretirani v vodi v skladu s standardom SIST EN 12697-12.

Tabela 1 : Rezultati preiskave občutljivosti na vodo v skladu s standardom SIST EN 12697-1 2

preiskava enota rezultat oblika razpoke

ITSw- preskušancev iz vode * povprečje kPa 941 oblika razpoke a

ITSd- preizkušancev suhe serije -povprečje kPa 1131 oblika razpoke a

ITSR rezultat % 83,2

preiskava enota rezultat oblika razpoke

ITSw- preskušancev iz vode - povprečje kPa 936 oblika razpoke a

ITSd- preizkušancev suhe serije -povprečje kPa 1074 oblika razpoke a

ITSR rezultat % 87,1

Obj

ave

so n

amen

jene

inte

rni u

pora

bi v

skl

adu

z od

ločb

ami Z

ASP

in s

e br

ez s

ogla

sja

imet

nika

pra

vic

ne s

mej

o pr

osto

razm

nože

vati

in d

istri

buira

ti!Mineral 03.10.2018

SredaDržava: Slovenija

Doseg:

Stran: 52

Površina: 1.546 cm2 3 / 4

Pri preiskavi občutljivosti na vodo se pri-merja indirektno natezno trdnost preskušan-

cev, ki so tretirani z vodo (slika 3) in suhih

preskušancev. Rezultat preiskave na asfal-

tni zmesi, ki vsebuje pepel K 5 je nekoliko

slabši, kot je bil dosežen na referenčni asfal-

tni zmesi (Tabela 1).

Po zgoščanju asfaltnih preskušancev zvaljastim zgoščevalnikom v skladu s standar-

dom SIST EN 12697-33, je bila razrezana

asfaltna plošča na prizmatične preskušance(slika 4) in izvedena preiskava odpornosti nanizke temperature TSRST v skladu s standar-

dom SIST EN 1 2697-46.

Pri preiskavi odpornost na nizke tempera-ture se merijo natezne napetosti, ki se pojavi

zaradi ohlajanja fiksno vpetih preskušancev

(slika 5). Najpomembnejši rezultat preiskave

je temperatura, ki je dosežena pri prelomu

preskušancev.Pri referenčni asfaltni zmesi AC 8 je bila

dosežena pri TSRST testu napetost 4,25MPa in temperatura pri prelomu -25,5 °C, pri

asfaltni zmesi AC 8 s pepelom K 5 je bila v

poprečju dosežena napetost 3,97 MPa in

temperatura pri prelomu -24,2 °C. Rezultati

preiskav odpornosti na nizke temperature pri

asfaltnih zmeseh, ki vsebuje pepel K 5 so

nekoliko slabši, kot je bil dosežen na refe-

renčni asfaltni zmesi (Tabela 2).

ZaključekZaradi v pepelu vsebovanega hidratizi-

ranega apna je bila dosežena izboljšana

adhezija med bitumnom in kamnitim agre-

gatom. Vpliv ostalih komponent pepela je

bil določen šele s preskušanji asfaltov.

Pri vseh treh ključnih preiskavah asfal-

tnih zmesi so bile lastnosti zmesi z dodat-

kom pepela K 5 za malenkost slabše, kot

so bile dosežene na referenčni asfaltni

zmesi. Vsi doseženi rezultati preskušanj so

okviru s predpisi dovoljenih mej. Zaradi v

pepelu vsebovanega hidratiziranega apna

predvidevamo, da je bila najbrž dose-

žena izboljšana adhezija med bitumnom

in kamnitim agregatom, vendar so ostale

komponente pepela nekoliko poslabšale

kakovost asfaltov. ■

Slika 4: Priprava asfaltnih preskušancev za preiskavo odpornost na nizke temperature.

Tabela 2: Rezultati preiskave TSRST v skladu standardom SIST EN 12697-46

na preskušancih, ki vsebujejo pepel K 5, in na referenčnem preskušancu.

Asfaltna zmes Napetost [Mpa] Temperatura [°CJ

Asfaltna zmes s pepelom K5 (preskušanec št. 1) 3,48 -23,95

Asfaltna zmes s pepelom K5 (preskušanec št. 2) 4,19 -23,98

Asfaltna zmes s pepelom K5 (preskušanec št. 3) 4,24 -24,69

Referenčna asfaltna zmes 4,25 -25,49

5.0

4.5

vv

*35 V

1 30 \

s 25 \cuO. \

22.0 '

V1-5

\1.0 \

0.5\

o.o , -i o * 1 -o 1— -~C2rr-~;) , , ,-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

Temperatura [°C]

— • - Kriogena napetost

Slika 5: Grafični prikaz rezultatov preiskave TSRST v skladu s standardom SIST EN 12697-46

na preskušancih, ki vsebujejo pepel K 5.

(TicelkrogZovrženi potenciali biomase

Zahvala

Program CEL.KR0G: »Izkoriščanje

potenciala biomase za razvoj na-

prednih materialov in bio-osnova-

nih produktov« (številka pogodbe:

OP20.00365), sofinancirano s stra-

ni Republike Slovenije, Ministrstvo

za izobraževanje, znanost in šport in

Evropske unije, Evropski sklad za re-

gionalni razvoj, 2016-2020,

Obj

ave

so n

amen

jene

inte

rni u

pora

bi v

skl

adu

z od

ločb

ami Z

ASP

in s

e br

ez s

ogla

sja

imet

nika

pra

vic

ne s

mej

o pr

osto

razm

nože

vati

in d

istri

buira

ti!Mineral 03.10.2018

SredaDržava: Slovenija

Doseg:

Stran: 52

Površina: 1.546 cm2 4 / 4