A PERNYE HASZNOSÍTÁSA NÉMETORSZÁGBAN

A Miskolci Egyetem Közleménye A .sorozat, Bányászat, 55. kötet, (2001) p. 17-36 "Tiszta Környezetünkért" Szénerőműi pernyék hasznosításával tudományos konferencia

A PERNYE HASZNOSÍTÁSA NÉMETORSZÁGBAN Dipl.-Ing. Hans-Joachim Feuerborn VGB, Essen

1.

Bevezetés

Széntüzelésű villamos erőmüvekben olyan melléktermékek keletkeznek, melyeket az üzemeltetőknek a német jog szerint lehetőleg el kell kerülniük vagy pedig hasznosítaniuk kell [1, 2]. Ezért már egészen korán megpróbálták a nagyüzemi tüzeléskor keletkező hamut ül. pernyét újra hasznosítani. A VGB, melyet 1920-ban alapítottak mint a "Nagykazánok üzemeltetőinek egyesületét" már 1939-foglalkozott a salak és a pernye hasznosításával az építőiparban, melynek során először a rostélytüzeléskor keletkező hamut használták az útépítésben. A hasznosítás súlypontja ma is a rostelyhamura és pernyére esik, s az utóbbi években a füstgáztisztítás termékeit is fokozottan hasznosítják építőanyagok előállítására. 1999-ben a német erőmüvekben 55 millió t feketeszenet és 159 millió t barnaszenet tüzeltek el energiatermelés céljából. Eközben kb. 23 milló t melléktermék keletkezett, ebből 3,9 millió t feketeszénpernye (SFA) és 7,0 millió t barnaszénpernye (BFA). A pernye hasznosítási lehetőségeire leginkább a pernye minősége, vagyis kémiai és fizikai tulajdonságainak ingadozása van hatással. E tekintetben a feketeszénpernye kedvezőbb helyzetben van, mint a legtöbb barnaszénpernye, mely utóbbiak összetétele erősebben ingadozik. A barnaszénpernyét főként kiszenelt külfejtések feltöltésére használják fel, azonkívül tömedékanyagként a földalatti bányászatban, területrekultivációra és az útépítésben. A feketeszénpernyét majdnem teljes egészében az építőiparban hasznosítják, főként betonadalékanyagként. Ahhoz, hogy a pernyét erre a célra fel lehessen használni, meg kell felelnie a betonpernyére vonatkozó DIN EN 450 szabvány előírásainak. Feketeszénpernyét ezenkívül használnak még a feketeszénbányászatban habarcsban ill. tömedékanyagként, valamint az útépítésben az aszfalt töltőanyagaként.

18

2.

Hans-Joachim Feuerborn

Erőművi melléktermékek keletkezése és hasznosítása

A pernye az erőmüvekben keletkezik porfinomságúra őrölt szén eltüzelésekor. Az égetés és pernyekeletkezés folyamatát a következőkben a portüzelés példáján mutatjuk be. Ezzel a tüzelésmóddal túlnyomórészt a DIN EN 450 szabványnak megfelelő pernyéket állítanak elő. A portüzeléshez a szenet szénőrlőmüvekben porfinomságúra őrlik és pneumatikus úton továbbítják a porégőkhöz. A szénpor az erőmű kazánjának tüzterében elég. A keletkező hő felhevíti a vizet a víz-gőz-körfolyamatban, a keletkező gőz a turbinát hajtja. A szénhamu kisebb részben a tüztér padlózatára esik, ahonnan mint "kazánhomokot" eltávolítják. Nagyobb részét, a finomszemcsés hamu kb. 85%-át a füstgázok magukkal ragadják a DENOX-katalizátoron át egészen az elektrofilterig, ahol a hamu több mint 99,9%-át a füstgázból leválasztják. A füstgázt ezután a füstgázkéntelenítő berendezésen (REA) át, melyben REA-gipsz keletkezik, a kéményhez vezetik. A kéményen keresztül a levegőbe távozik a megtisztított, vagyis a nitrogénvegyületektől, portól, kéntől megtisztított tiszta gáz (1. ábra).

K ő s z é n e r ő m ű 750 M W e l , 6000 t e l j . T e r h . ü z e m ó r a

1. ábra: Egy 750 MWe! teljesítményű szénerőműben évente átlagosan keletkező melléktermékek mennyisége 6000 teljes terhelésű üzemóra esetén (összes mennyiség 187.000 t)

A pernye hasznosítása

Németországban

19

Az elektrofilteren leválasztott pernyét pneumatikus úton, a minőségétől függően vezetik különböző silókba, többnyire az egyikbe biztosított minőségű pernye, a másikba keverékpernye kerül. Az anyagáramok vezérlése rendszeres időközönként végzett ellenőrző vizsgálatok alapján történik. A rosszabb minőségű pernye silójából a pernyét nem a betonkészítéshez, hanem egyéb célokra, mint pl. az útépítésben használják fel. Egy 750 MW kapacitású kőszénerőműben évente kb. 1 millió tonna szenet égetnek el. 13 %-os hamutartalom esetén (ez a Németországban eltüzelt szenek átlagos hamutartalma) eközben 110.000 tonna pernye, ezenkívül 23.000 tonna kazánhamu és kb. 54.000 tonna, a füstgázkéntelenítőből származó gipsz (REA-gipsz) keletkezik. A németországi erőművi melléktermékek mennyiségére és hasznosítására vonatkozó 1999-es statisztikai adatokat az 1. táblázat tartalmazza külön a feketekőszén- és külön a barnakőszéntüzelésű erőművekre. Összesen kb. 23 millió t melléktermék keletkezett, ebből 3,9 millió t feketekőszénpernye (SFA) és 7,0 millió t barnakőszénpernye (BFA). 1. táblázat: A németországi széntüzelésű erőművekben keletkezett melléktermékek mennyisége és hasznosítása 1999-ben [3] Feketekőszén

Barnakőszén

81.000

68.000

55

159

Kapacitás (MWth) Eltüzelt szén millió t Melléktermék

Mennyiség millió t

Hasznosítás Mennyiség % millió t

Hasznosítás Egyéb

Külfejtés %

Olvasztótérgranulátum

2,4

100

Kazánhamu

0,51

97

1,7

92

8

Pernye

3,9

99

7,0

89

11

Örvényágyhamu

0,40

100

0,2

62

38

REA-gipsz

2,2

100

3,6

7

93)*

SAV-termékek

0,36

100

-

-

egyéb melléktermékek

<0,1

100

0,1

0

100

Összesen

9,9

99

12,6

65

35

20


A barnaszénpernyét 1999-ben 89%-ban külfejtési gödrök feltöltésére használták, részben REA-gipsszel és a füstgázkéntelenít éshez felhasznált vízzel keverve. Ezenkívül alkalmazlak még a mélybányászatban tömedékanyagként, felszíni rekultivációra, valamint az útépítésben. - A barnaszénpernyc hasznosításával a továbbiakban nem foglalkozunk. A feketeszénpernyét 1999-ben 99%-ban az építőanyagiparban hasznosították. Legnagyobb részét szállított beton adalékanyagaként, ezenkívül betontermékekben és előregyártott elemekben, bányabeli és száraz építőanyagokban, valamint az útépítésben. A következőkben vázoljuk a feketeszénpernye németországi felhasználását és kiválasztott felhasználási területeken a pernyével szemben támasztott követelményeket a meglevő szabályozás alapján.

3.

A pernyehasznosítás fejlődése

Először 1970-ben adott ki Északrajna- Veszt fáiia tartomány lakásügyi és közmunkákért felelős minisztere építésfelügyeleti engedélyt egy feketeszénpernye felhasználására betonban "nem önálló kötőanyagként", a szövetségi köztársaság minden tartományára kiterjedő érvénnyel. A Német Építéstechnikai Intézel alapítása után előírták, hogy a pernyét el kell látni minőséget tanúsító jellel A 80as években összességében több mint 40 erőműből származó pernyét láttak el ilyennel. Néhány, már akkor is üzemelő erőmű pernyéje így már több mint 30 eve folyamatos belső és külső minőségi felügyelet alatt áll. Az eközben szerzett tapasztalatokat felhasználják az erőmű üzemének a pernye minőségét biztosító szabályozására. Az így előállított pernyék a hasznosítási ráta fokozatos növekedését eredményezték, mely 1995 óta közel 100 % (2. ábra). A minőségvizsgálati jelzést a követelmények tartalmi megváltoztatása nélkül 1995-ben formai okokból általános építésfelügyeleti engedélyekkel helyettesítették. 1994-ben az első, betonalapanyagra vonatkozó európai anyagnormaként hozták nyilvánosságra az EN450 európai szabványt, melyet a rákövetkező évben DIN EN 450 megjelöléssel felvettek az építési előírások jegyzékébe és így az építésfelügyelet keretébe illesztettek. Az engedélyekről a DIN EN 450 szerinti ccrtillkálásra való átállás az 1995-96 években történt. Jelenleg 30 ccrtifikáció vonatkozik német erőművekből számrazó feketeszénpernyékre és több ilyen van érvényben külföldi erőművekből származó pernyékre vonatkozóan is. Emellett négy építcsfclügyeleti engedély van érvényben olyan pernyékre vonatkozóan, melyek különböző okokból nem felelnek meg a DIN EN 450 szabványnak.


Németországban

2!

A németországban 1999-ben a DIN EN 450 ill. általános építésfetügyelcti engedély alapján betonban felhasznált pernye mennyisége kb. 3 millió tonnát tett ki.

2. ábra: A feketeszénpernye mennyisége és hasznosítása Németországban 1970-től 1999-ig

A Németroszágban termelt pernyén kívül hasznosításra kerül az európai szomszéd országokból származó pernye is. Túlnyomórészt a DIN EN 450 szabvány szerinti pernyékről van szó. 1999-ben összesen 422 millió t feketeszénpernyét hasznosítottak, ebből 3,48 millió tonnát (94%) certifikációval és 0,74 millió tonnát (6%) certifikáció nélkül a DIN EN 450 szabvány szerint. A certifikációval rendelkező pernyét betonadalékanyagként, friss habarcsban, bányászati tömedékanyagként ill. más

22

Hans-Joachim Feuerbom

kitöltő anyagként használták fel. A certifikácíó nélküli pernye szintén bányászati tómedékanyagként ill. kitöltő anyagként. azonkívül a cementiparban, földmunkáknál, mély- és útépítésnél valamint a téglaiparban használták. Összességében az 1999-ben hasznosított feketeszénpernye kb. 73%-át habarcsban és betonban, kb. 179í.-át tömedék- ill. kitöltő anyagként. 4%-át a cementiparban és kb. 5% -át a mély- és útépítésben használták fel (1. 3. ábra).

3. ábra: A fekete szénpernye hasznosítása 1999-ben (Összesen: 4,22 millió t, adatok - BVK Í4Í)


4.

Németországban

23

A pernye mint betonadalékanyag

4.1 A pernye definíciója a DIN EN 450 szerint A DIN EN 450 [5] szerint a pernye finomszemcsés por, mely főleg gömbalakú üveges részecskékből áll, őrölt szén elégetésekor keletkezik, puccolántulajdonsága van és lényegében Si0 2 és A1203 alkotja. A pernyének az ENV 197-1 szerint meghatározott hatékony Si02-tartalma legalább 25 tömeg-%. A pernye őrölt antracittal vagy feketeszénnel táplált tüzelőberendezések füstgázaiból elektrosztatikus vagy mechanikus úton leválasztott porrészecskékből áll. A DIN EN 450 szabványnak ez a meghatározása kizárja a pernye fogalmából a más szenekből, mint pl. különböző barnaszenekből származó pernyéket. Ez utóbbiakat Németországban csak akkor lehet betonadalékanyagként alkalmazni, ha rájuk vonatkozóan általános építésfelügyeleti engedélyt adtak ki.

4.2 A pernyével szemben támasztott követelmények a DIN EN 450 szabvány szerint A betonba szánt pernyével szemben a DIN EN 450 követelményeket fogalmaz meg egyenletessége, ártalmatlansága és hatékonysága tekintetében. E követelmények teljesítését minsőségi felügyelet biztosítja, mely magában foglalja a gyártó általi termékellenőrzést, valamint egy elismert ellenőrző szerv általi felülvizsgálatot. A vizsgálatok terjedelme és gyakorisága a cement DIN EN 197-1 szerint végzett vizsgálatához hasonlítható. A felügyeleti szerv jelentése alapján a meghatározott ermüvi helyről származó pernyét egy elismert certifikáló szerv ellátja certifikációval. A termékellenőrzésnek az a célja, hogy a pernye minőségét felülvizsgálja abból a szempontból, hogy megfelel-e betonadalékanyagként a DIN EN 206-1 szerint. A megvizsgálanó paraméterek, a mindenkori határértékek és a vizsgálati gyakoriságot a 2. és 3. táblázat tartalmazza. A pernye izzítási vesztesége lényegében az el nem égett szenet jelenti, mely a pernyében kokszrészecskék alakjában lehet jelen. Ha az el nem égett szén aránya a pernyében nagy, akkor ennek megfelelően kisebb a reakcióképes alkotórészek aránya. A kokszrészecskék nagy felülete miatt az izzítási veszteség növekedésével növekszik a pernye vízigénye, ami a pernye egyébként meglevő betonfolyósító hatásával ellentétes hatást fejt ki. Ezenkívül a laborvizsgálatok szerint 10 tömeg-%

24


feletti széntartalom és a szokásos pernyeadagolás mellett a beton fagyáll ós ágának csökkenéséra lehet számítani. Ezért a pernye izzítási veszteségét 5 tömeg-% értékben maximálták. A határértékkel szembeni biztonsági eltérés és az elkerülhetetlen szórás miatt az erőmüvek úgy vannak beállítva, hogy az átlagos izzítási veszteség 3 és 3,5 tömeg-% között legyen. Különleges üzemviszonyok között, pl. a kazán indításakor előfordulhat, hogy az izzítási veszteség a határértéket meghaladja. Rendszeres szórásellenőrzéssel, egyes esetekben folyamatos online-íelügyclettcl biztosítható, hogy az ezen különleges üzemviszonyok mellett keletkezett pernyét leválasszák és külön silókban tárolják. Ezl azután más célokra használhatják fel. 2. táblázat: A pernye kémiai összetételére vonatkozó köveleiménvek a DIN UN 450 szerint Tulajdonság

Követel meny

Vizsgálati gyakoriság

Izzítási veszteség

max. 5,0 M.-%

t

S0 3 Cl

max. 3,0 M.-%

m

CaOfrel t: vv: m:

naponta hetente havonta

max. 0,10 M.-%

m

n

w

max. 2,5 M.-%

ha Ca0 llcl 1,0 és 2,5 tömeg-% között van, akkor az ártalmatlanságot téríogatállandósági vizsgálatokkal kell igazolni (1. 3. táblázat)

A szulfát a pernyében legnagyobbrészt alkáliszulfát alakjában van jelen, mely a pernyeszemcsék felületén helyezkedik el. Nagyon könnyen oldható és ezért befolyásolhatja a cement megdermedését. Legnagyobb megengedett mennyisége 3 tömcg-%. A betonacél lehetséges korróziójára való tekintettel a pernye kloridtartalma, ugyanúgy mint a cement és adalékanyagai tekintetében, maximálisan 0,10 tömeg% lehet. Nagyobb mennyiségű szabad kalciumoxid rosszabb térfogatállandóságot eredményezhet. Ezért a szabad kalciumoxid legnagyobb megengedett mennyisége 2,5 tömeg-%. Ha a kalciumoxidtartalom több mint 1,0 tömeg-%, a DIN EN 196-3 szabvány szerint végrehajtott térfogatállandósági vizsgálattal, melyet 50% pernyéből és 50% cementből álló cementtejen kell elvégezni, igazolni kell a szabad


Németországban

25

kalciumoxid ártalmatlanságát. Az olyan pernyék, melyek szabad mésztartalma > 2,5 tómeg-%, nem felelnek meg a szabványnak. 3. táblázat: A pernyével szemben támasztott fizikai követelmények DIN EN 450 szerint Vizsgált mennyiség Térfogatállandóság Finomság

l)

2)

A finomság ingadozása

Követelmények

Vizsííálíiti gyakoriság

max. 10 mm

w

max. 40 M.-%

t

3)

x ±10M.-%

t

min 75 %

2w

Akti vitásindex 28 nap után 90 nap után

min 85 % 3]

2w 3

A szemcsék nyers sűrűségének m x ± 150 kg/m ingadozása 1} t: naponta csak akkor, ha CaOfrei > 1,0 tömeg-% w: hetente ") fennmaradó frakció nedves szitáláskor m: havonta 0,045 mm lyukú szitán 3) 2 w: kéthetente a gyártó által megadott átlag A DIN EN 450 szerinti pernye ásványtani tekintetben alumoszilikátüvegből áll, melybe kristályos komponensek ágyazódnak be. Az üveg részaránya 70 és 95% közötti, a maradék kristályos és így kémiailag inaktív. A hidraulikus tulajdonságért felelős komponensek, az SÍO2, AI2O3 és Fe 2 0 3 részaránya a pernyében rendszerint több mint 80%. A pernye hatásának mértékét a betonban lényegében a szemcsefinomság (szemeloszlás), a szemcsealak és az üveg aránya határozza meg. Ezek a tulajdonságok az eltüzelt szén származási helyétől (azaz a szén ásványi kísérőkőzetének összetételétől) és mindenekelőtt a erőmű üzemviszonyaitól függnek. A DIN EN 450 szerinti pernye szemeloszlása hasonló a cementéhez. A pernye szemcsefinomsága mind a friss- mind a szilárd beton tulajdonságait befolyásolja. A szcmcsefínomság erősebb ingadozása szignifikánsan befolyásolhatja a beton tulajdonságait. Ezért a DIN EN 450 szerinti pernyének el kell érnie egy minimális finomságot, mely csak korlátozott mértékben ingadozhat. A szemcsefinomságot a

26


DIN EN 450 szabvány mint a mintából a 0,045 mm lyukú szitán fennmaradó tömegarányát definiálja. Ez, az arány a 40 tömegszázalékot nem haladhatja meg. Ezenkívül a szemesefmornság nem térhet el az előző termelési időszak átlagától jobban mint ±10 tömeg-%. Ezt az átlagértéket a gyártónak kérésre közölnie kell. A pernye puccolánhoz hasonló reakcióképességét az akti vitásindex 28 és 90 nap után történő meghatározásával mérik. Az aktivitásindex ket DIN EN 196-1 szerinti cementhabarcs szilárdságának százalékos aránya, melyek közül az egyikben a cement 25%-át a vizsgálandó pernyével helyettesítették. Az aktivitásindex értéke 28 nap után legaláb 75% és 90 nap után legalább 85% kell hogy legyen. A pernye nyers szemcsesürüsége a felhasznált széntől, annak olvadási tulajdonságaitól és az erőmű tizemviszonyaitól (hőmérséklet, tartózkodási idő) függ. Hogy a beton tervezéséhez szükséges anyagtérfogatszámításoknál ne lépjen fel hiba. a szabvány a nyers szemcsesürüség ingadozását ± 150 kg/m3 értékben korlátozza egy a gyártó által megadandó átlagérték körül.

4.3. A pernye hatása a betonra A leket eszénpernye háromféleképpen hat a betonra. Van teológiai hatása, töltőhatása és ezenkívül puccolántulajdonsága folytán hozzájárul a beton szilárdságához. Ha egy szokásos összetételű betonban a cement egy részét pernyével helyettesítjük változatlan víztartalom mellett, általában jelentősen növekszik a beton lolyóssága. A pernye ezen folyást elősegítő hatása kihasználható arra. hogy a beton víztartalmát csökkentsük. Ezt a hatást gyakran a "golyóscsapágy-cífektus" szóval írják le. Ez azon az elképzelésen alapszik, hogy a gömbalakú pernyeszemcsék sima felületükkel elősegítik a cement- és homokszemek elcsúszását és ezáltal megkönnyítik a beton alakváltozását ill. folyását. Összehasonlító vizsgálatok azt mutatták, hogy emellett az ásványi anyagok jobb szemcseösszetétele a legfinomabb szemcsék tartományában a cementszemcsék közötti rések kitöltésével is csökkenti a vízigényt ill. javítja a folyási tulajdonságokat. A töltőhatás azon alapszik, hogy a pernyeszemcsék a szemcsehalmaz legfinomabb pórusaiban elhelyezkedve javítják a szemcseilleszkedést. Ezzel összefüggésben csökken a vízzel kitöltött üregek térfogata. A töltőanyagok ezekívül stabilitást biztosítanak a kezdetben még instabil kalciumszilikát hidrátkristályoknak, melyek belenőnek az üregekbe.


Németországban

27

A töltőhatás bemutatására DIN 1164 szerinti habarcsokat állítottak elő, melyekben a cement 20%-át (CEM I 42,5) finomra őrölt kvarcliszttel (Blaine-féle fajlagos felület 3800 cm2/g) ill. közelítőleg ugyanolyan fajlagos felületű (3900 cm2/g) pernyével helyettesítették. Különböző víztartalmú habarcsokat készítettek. A töltőhatás nyilvánvalóvá válik, ha a habarcsok két nap után mért nyomószilárdságát a víz/cement-arány függvényében felrakjuk (4. ábra). Adott v/cértéknél a betonadalékot tartalmazó habarcsok nyomószilárdsága meghaladja a tiszta cementhabarcs nyomószilárdságát. A nyomószilárdság több mint 10%-os növekedése az adalékanyagok üregkitöltő hatásának tulajdonítható. Minthogy két nap után a feketeszénpernye puccolán-reakciójából eredő szilárdságnövekmény még nem mérhető, ekkor még csak kicsi különbség mutatkozik a kvarchszt és a pernye hatása között. A töltőhatás tisztán fizikai természtű és az alkalmazott anyag szemesefinomságától függ. Minél finomabb a töltőanyag, annál jobb a térkitöltő hatása.

4. ábra: Pernye és kvarcliszt hatása a habarcs nyomó szilárdságára két nap után a v/c-érték függvényében (töltőhatás) A puccolán-reakciót a portlandcement hidrátadójához képest lassúbb reakciólefolyás jellemzi. E reakciónál a pernye a cementhidratációnál keletkező kalciumhidroxiddal reagál és szilárdságot kölcsönző kalciumalumináthidrátokat (CAH) és kalciumszilikáthidrátokat (CSH) képez.

2.8

Ham-Joachim Feuerborn

A pernye hosszú ideig tartó reakcióképessége lényegesen nagyobb nyomószilárdságot eredményez, mint a csak cementtel ill. cementtel és kvarcliszttel készített hasonló habarcsoké. Az 5. ábrán a fent leírt habarcsok nyomószilárdsága látható 90 nap után a v/c-érték függvényében. A kvarclisztet tartalmazó és a tiszta cementhabarcsok azonos v/c-értéknél azonos nyomószilárdságot mutatnak. A "vízcementérték-törvény" az adalékanyagként kvarclisztet tartalmazó habarcsra is érvényes. Ezzel szemben a pernyét tartalmazó habarcsok azonos v/c-értéknél lényegesen nagyobb szilárdsággal rendelkeznek, mint a pernyét nem tartalmazó habarcsok. A szilárdságnövekmény a pernye puccolán-reakciójának tulajdonítható és jelen esetben kb. 16 N/mm2 értékű volt.

5. ábra: Pernye és kvarcliszt hatása a habarcs nyomószilárdságára 90 nap után a v/c-érték függvényében (puccolán-hatás) A pernye puccolán-reakciója ezen túlmenően szöveti változást is okoz, mely csökkenti a kapillárisok térfogatarányát a megszilárdult cementkőben. A kapillárisok térfogatarányának csökkenése növeli az ellenállást a betonra nézve agresszív anyagok behatolása ellen. A feketeszénpernye betonadalékként való használata gyakorlatilag minden mértékadó betontulajdonságra, mint a megmunkálhatóság, a szilárdság alakulása, a hidratációs hő, tartósság, hatással van. A hatás mértéke az adagolástól, a beton egyéb alkotóitól, a beépítés mikéntjétől és a beton utókezelésétől függ.


5.

Németországban

29

Pernye felhasználása a bányászati habarcsokban

Pernyét a mélymüveléses feketeszénbányászatban töltő- ill. kötőanyagként használnak a bányászati habarcsokban vagy kitöltő, tömítő és tömedékelő anyagként alkalmazzák. A bányászati habarcsokat túlnyomórészt a vágatbiztosítás konszolidálására és a biztosítószerkezet mögötti tér kitöltésére használják. Ezenkívül terherbiro és tömör peremi zárógátak létesítésére, felhagyott bányatérségek tömedékelésére és elgátolására szolgálnak. A pernye bányászati habarcsokban való alkalmazását az egészségvédelmi és bányászati rendelet (GesBergV, 1994) valamint a tartományi bányakapitányságok eseti engedélyei szabályozzák. Ezenkívül figyelembe kell venni a bányák egyedi követelményeit a mindenkori konkrét felhasználási cél esetében.

5.1 A bányászati habarcsokkal szemben támasztott követelmények A bányászati habarcsokat szemcsenagyságuk és kötési idejük alapján osztályozzák. A porfinomságu habarcsok szemcsenagysága <1 mm, a szemcsés habarcsoké 1 - 8 mm. A kötés gyorsasága szerint megkülönböztetnek azonnal, korán és későn hordképes építőanyagokat. Az alkalmazás célja és a beépítési technika szabják meg, hogy szemcsés vagy porfinomságu, ill. azonnal, korán vagy későn hordképes építőanyagokat alkalmaznak-e. (4. táblázat). 4. táblázat: Bányászati habarcsokkal szemben támasztott követelmények

1

Nyomöszilárdság N/mrn2 eltelt idő után Építőanyag azonnal hordképes

5

10

>30

-

korán hordképes

-

>5

>30

-

későn hordképes

-

-

>5

>30

30


Azonnal hordképes építőanyagok 1 óra kötési idő után legalább 5 N/mm2 és 5 óra elteltével legalább 10 N/mm2 nyomószilárdsággal kell hogy rendelkezzenek. 24 óra elteltével a nyomószilárdság nem lehet kisebb mint 30 N/mm2. - Korán hordképes építőanyagok 5 óra elteltével legalább 5 N/mm2 és 48 óra múltán legalább 30 N/mm2 nyomószilárdsággal kell hogy rendelkezzenek. - A későn hordképes építőanyagokkal szemben támasztott követelmény: 5 N/mm2 nyomószilárdság 24 óra kötés után és 30 N/mm2 nyomószilárdság 28 nap múltán. Ha az építőanyagok ezeket a követelményeket nem elégítik ki, üregkitöltőnek nevezik őket.

5.2 Bányászati habarcsok alkalmazása Azonnal, korán vagy későn hordképes építőanyagként való alkalmazásához az építőanyagnak különféle követelményeket kell kielégítenie: gyenge visszaugrás jó tapadási tulajdonságok a víz/szilárdanyag arány széles sávban változhat a szilárdság csökkenése nélkül kis szilárdanyag-igény jó tapadás a kőzetfalhoz (oldalfal, homlok) kötés után ellenálló az agresszív vizekkel szemben jó bedolgozhatóság csekély porképződés pneumatikus szállítás esetén. A szemcsés építőanyagok alkalmazása a bányászatban túlsúlyban van a pori inoms ágú akkal szemben. Pernyét mind porfinomságú, mind szemcsés építőanyagokban használnak. Porfinomságú bányászati habarcsokban a pernye aránya 60-70 tömeg-% lehet, szemcsés építőanyagokban ez az arány 10 és 20 tömeg-% közötti. A bányászati habarcsok alkalmazása és összetétele kizárólag a bányabeli helyi viszonyoktól függ. A keverékeket minden alkalmazási esethez külön készítik el. Ezért itt csak az általános követleményeket fogalmazhatjuk meg, melyeket a bányászati habarcsoknak mindenképpen ki kellene elégíteniük. Az, hogy adott esetben milyen keveréket alkalmaznak és milyen követelményeket kell az építőanyagnak kielégítenie, mindig a bányabeli helyzettől függ.


Németországban

31

Példaként feketeszénpernyét tartalmazó bányászati habarcsokat mutatunk be a korán hordképes szemcsés, valamint a későn hordképes szemcsés és porfinomságú építőanyagcsoportokban. Korán hordképes szemcsés építőanyagoknál kb. 25 tömeg-% portiandcement mellett kb. 30 tömeg-% pernyét és kb. 55 >tömeg-% max. 4 mm szemnagyságú mészkőzúzalékot alkalmaznak. Gyorsítóként kis mennyiségű CaCl2 kerül a keverékbe. Egy ehhez hasonló későn hordképes építőanyagnak hasonló az összetétele. Utóbbinál nem alkalmaznak viszont gyorsítót, hanem egy stabilizátort, mely a hidraulikusan szállított víz-építőanyag-keverék túl korai megszilárdulását és a szételegyedést megakadályozza, valamint a folyósságot megnöveli. Későn hordképes porfinomságú építőanyagok kb. 65 tömeg-% pernyéből és 35 tömeg-% portlandcementből állnak. Ez a két építőanyagtípus, a szemcsés korán hordképes és a porfinomságú későn hordképes építőanyagok együttesen a Németországban felhasznált kb. 1,1 millió t/a habarcsmennyiségnek kb. 80 %-át teszik ki. Ennek a 80 %-nak kb. 60 %-a a korán hordképes és 40 %-a a későn hordképes csoportba tartozik. Ezen kiinduló adatokra vonatkoztatva jelenleg kb. 400.000 t/a pernyét használnak fel Németországban.

6.

Pernye az útépítésben

A feketeszénpernyét finom szemnagysága alapján túlnyomórészt aszfalt töltőanyagaként használják fel. Ezenkívül adalékanyagként alkalmazzák beton fedőrétegekben valamint hidraulikus kötőanyagot igénylő műveleteknél. A pernye felhasználását az útépítésben a műszaki alkalmasság mellett szervezési, ökológiai és gazdasági szempontok is befolyásolják. A természetes építőanyagokkal való műszaki egyenértékűség esetén mindig igazolni kell. hogy ökológiai szempontból nincs káros hatása. Útépítéskor a nagy beépítési teljesítmény miatt a legtöbb esetben rövid idő alatt kell nagymennyiségű építőanyagot rendelkezésre bocsátani. Erőművi melléktermékeknél ez mindig engedélyköteles és költséges közbülső deponálást feltételez. Figyelembe kell venni azt is, hogy természetes és bevált építőanyagok mindenütt és igen kedvező áron állnak rendelkezésre. A szállítási költségek miatt a gazdaságilag elfogadható szállítási távolság egy-egy erőmű körzetében viszonylag kicsi. Regionális útépítési feladatok általában annyira szabálytalanul merülnek fel, hogy erre rendszerint nem lehet alapozni az erőművi melléktermékek folyamatos elhelyezését.

32

Hans-Joachim Feuerboni

6.1 Az útépítésben felhasznált ásványi anyagokra vonatkozó jogszabályok A földmunkákra és az útépítésre vonatkozó előírásokat általában az Út- és Közlekedésügyi Kutató Társaság (FGSV) dolgozza ki és a szövetségi közlekedési, építésügyi és lakásügyi miniszter vezeti be a tartományok útépítési hatóságaival egyeztetve. Megkülönböztetnek építőanyagokra és építőanyagkeverékekre vonatkozó minőségi és vizsgálati előírásokat, valamint kivitelezési előírásokat. Az útépítésben alkalmazott ásványi anyagokra vonatkozó anyagspecilikus követelményeket műszaki szállítási feltételek (TL) rögzítik. Az egyes ásványi anyagok beépítési követelményeit kiegészítő műszaki szerződési feltételekben és irányelvekben (ZTV) foglalják össze. Az egyes ásványi anyagoknak a földmunkáknál és az útépítésben való felhasználásának támogatására szolgálnak az FGSV tájékoztató dokumentumai ("Merkblätter"), melyek ezen anyagokkal szerzett konkrét tapasztalatokat írnak le. Ahogy a tapasztalatok gyűlnek, a tájékoztatókat újra és újra aktualizálják. E tájékoztatóknak azonban nincs kötelező érvényük, javaslatnak kell őket tekinteni. Valamely alkalmazandó ásványi anyag minőségbiztosítása az "Útépítésben alkalmazott ásványi anyagok minőségfelüg) eletének irányelvei" (RG Min-StB) szerint történik. A feketeszénpernyéknek az útépítésben való alkalmazásához a feketeszénpernyék tulajdonságait először egy "Tájékoztató ipari melléktermékeknek az útépítésben való alkalmazásáról, feketeszénpernye (1986)" c. dokumentumban foglalták össze [6|. Ezen tapasztalatok alapján 1993-ban a feketeszénpernyének az útépítésben való felhasználására vonatkozóan szállítási leltételeket fogalmaztak meg (TL SFA-StB 93), melyeket 2000-ben a jobb kezelhetőség érdekében más ásványi anyagokkal együtt a "Műszaki szállítási feltételek az útépítésben használt ásványi anyagokra vonatkozóan", 2000. évi kiadás (TL Min-StB 2000) [7], foglaltak össze. A Műszaki szállítási feltételek az útépítésben használt különböző ásványi anyagokra érvényesek. A szállítási feltételek szöveges részében itt már az "ásványi anyagok" fogalma helyett az európai szabványban használt "szemcsés kőzetanyagok" fogalom szerepel. A TL Min-StB 2000 anyagspecifikus követelményeket tartalmaz természetes és mesterséges szemcsés kőzetanyagokra valamint építőkövekre vonatkozóan, melyeket az útépítésben az útfél építmény elkészítéséhez és helyreállításához felhasználnak. Egyes melléktermékek vízgazdálkodási jellemzőinek határértékeit "A tartományi hulladék-munkacsoport által kiadott műszaki szabályok" (LAGA) értékeihez igazították. Ez idő szerint ipari melléktermékeknek és reciklált építőanyagoknak az útépítésben való felhasználására vonatkozó vízgazdálkodási szempontú irányelvek


Németországban

33

tervezetként állnak rendelkezésre (RuA-StB, Irányelvek melléktermékek és reciklált építőanyagok útépítésben való környezetbarát felhasználására). Az alkalmazás peremfeltételeit itt a talajvízviszonyok, valamint a környező rétegek és maguknak az építőanyagoknak az áteresztőképessége függvényében határozzák meg.

6.2 A pernyének az aszfaltban töltőanyagként való felhasználására vonatkozó általános követelmények A feketeszénpernyét az útépítésben túlnyomórészt mint az aszfalt töltőanyagát használják fel. A töltőanyag egyenletessé teszi a kötőanyagfilmet, csökkenti az üregeket és növeli az ásványszemcsék felületét a útépítéshez felhasznált anyagokban. Töltőanyag alkalmazásával a keverék merevebb, vagyis a kötőanyag viszkózusabb lesz és bizonyos határok között csökken a hőmérsékletérzékenység. A kötőanyag nagyobb viszkozitása a keverék stabilitását növeli. Ezenkívül a töltőanyag hozzáadása a kötőanyag adhézióját is javítja a kőzeten. A pernyének a TL Min-StB 2000 szerinti, töltőanyagként való felhasználása szempontjából a pernye állandó tulajdonságai lényegesek. így követelmények tartandók be olyan jellemzőkre vonatkozóan, mint a szemcseméreteloszlás, külső megjelenés (lényegében homogenitás, szín, szag és szerves szennyeződések), pórustérfogat, bitumennel kapcsolatos szilárdulási tulajdonságok, vízben oldódó elegyrészek. Ezekkel kapcsolatban nem csak határértékek érvényesek bizonyos tulajdonságokra nézve, hanem a megengedett ingadozás is rögzítve van. így például a > 0,09 mm frakció részaránya legfeljebb 20 tömeg-% lehet és a külső ellenőrző mérés eredménye legfeljebb 5 %-kal térhet el a gyártó által megadott értéktől (5. táblázat). A töltőanyag hatását a felhasznált bitumen viszkozitására (160/220) a "Rigden-pőrustérfogat" és a "stabilizációs index" útján határozzák meg. A Rigden-pórustérfogat legfeljebb 45 térf.-%, a mért érték eltérése a gyártó által megadott értéktől legfeljebb 3 térf.-% lehet. Rigden-pórustérfogatnak azt a térf.-%-ban megadott értéket nevezzük, mely akkor áll elő, ha egy 10 g tömegű töltőanyagmintát az erre a célra rendszeresített Rigden-készülékben 100 ütéssel szárazon tömörítünk.

34

Ham-Joachim Feuerborn

5. táblázat: Töltőanyaggal szembeni általános követelmények a TL Min-StB 2000 szerint Követelmény

Tulajdonság

Részarány

Szemcsenagy ságeloszlás

részarány > 0,09 mm

max. 20 töm.-%

a gyártó adataitól való eltérés

± 5 töm.-%

Bitumenre ki pórustérfogat Rigden szerint fejtett szilárdító a gyártó adataitól való eltérés hatás stabilizációs index

< 45 térf.-%n ± 3 térf.-% megadandó

Vízzel szembeni érzékenység / 1 . lépcső - zavarosodás nincs zavarosság viselkedés II. lépcső vagy esetleg III. lépcső - < 1 térf.-% duzzadás vízben oldható rész 11

< 6 töm.-%

> 45 térf.-% esetén az alkalmasságot külön igazolni kell

A stabilizációs index meghatározásához töltőanyagot és bitument különböző súlyarányokban kevernek össze és meghatározzák a "gyürü-és-golyő"-lágyuláspont megemelkedését, ezen keverékeknél a tiszta bitumenhez képest. A "gyürü-ésgolyő"-lágyuláspont azt a hőmérsékletet jelenti, melynél egy szabványos acélgolyó egy bitumenmintán egy bizonyos alakváltozást idéz elő. Mértékül szolgál tehát a bitumen és a töltőanyag/bitumen-keverékek viszkozitására vonatkozóan. A stabilizációs index azt a töltőanyag/bitumen keverési arányt jelenti, melynél a lágyulási pont emelkedése pontosan 20°C. Kis stabilizációs index (1,1 körül) erősen, nagy érték (2,2 körül) gyengén szilárdító töltőanyagot jelez. A Rigdenpőrustérfogat és a stabilizációs index között statisztikailag igazolt összefüggés áll fenn. Erősen szilárdító töltőanyagoknak nagy (kb. 45 térf.-%) és gyengén szilárdító anyagoknak kis Rigden-pórustéríbgatuk van (kb. 30 térf.-%). A töltőanyagok nedvességérzékenysége fogalmában azokat a tulajdonságokat foglalják össze, melyek víz jelenlétében térfogatnövekedést (duzzadási folyamatok) okoznak pl. kristályon belüli vagy a kristályok felületén történő vízmegkötés folytán. A vizsgálatnál három egymást követő lépcsőben járnak el. A kvalitatív eljárásnál (I. lépcső) valamennyi töltőanyagot bitumenoldattal összekevernek és desztillált vízzel teli mérőhengerbe öntik. A megtöltött és lezárt mérőhengert

A pernye hasznosítása Németországban

35

bizonyos előírások szerint meg kell fordítani és a víz zavarodását meg kell vizsgálni. Ez a módszer kielégítő azon töltőanyagok megítélésére, melyek nem vagy csak kis mértékben érzékenyek a nedvességre. Ha az I. lépcsővel szemben támasztott követelmények nem teljesülnek, a vizsgálandó töltőanyag viselkedését szabványos keverékben, egy meghatározott morénaüledék 0,09/8mm felhasználásával kell megvizsgálni (II. lépcső). Ennél az eljárásnál mintatesteket készítenek, és megvizsgálják duzzadását és szilárdságcsökkenését vízben való tárolás után. Minthogy az ásványos anyagok kölcsönösen egymást is befolyásolják, a II. lépcső követelményeinek nem teljesítése esetén a III. lépcsőre kerülhet sor. A III. lépcsőben a konkrét esetben felhasználandó ásványi anyagokat kell alkalmazni. Ezek biztosítják, hogy a töltőanyag ugyanolyan hatást fejt ki, mint a konkrét alkalmazás esetében.

6.3 Speciális követelmények Feketeszénnel működő. por és rostélytüzeléses erőmüvek szűrőberendezéseiben leválasztott pernyékre az általános követelményeken túlmenően speciális követelmények is érvényesek az izzítási veszteség és a vízgazdálkodást érintő követelmények tekintetében. A műszaki szállítási feltételek nem tárgyalják a pernye-iszapok, a TAV-eljárás és a SAV-eljárás során keletkező maradványanyagok, örvényágyas tüzelőberendezésekben és hulladékégetőművekben keletkező hamu, valamint a barnaszénpernyék kérdését. Ahhoz, hogy ezen melléktermékeket a földmunkáknál és az útépítésben építőanyagként alkalmazhassuk, először egy tájékoztatót, majd megfelelő tapasztalatok birtokában megfelelő műszaki szállítási feltételeket kellene kidolgozni. Lényeges építéstechnikai követelményként említhető a pernyék izzítási vesztesége, mely legfeljebb 15 tömeg-% lehet. Az eltérés egy a gyártó által megadandó középértékhez képest legfeljebb ± 3 tömeg-% lehet. Említeni kell még a vízgazdálkodással kapcsolatos követelményeket. A 6. táblázatban felsorolt határértékeket az elektromos vezetőképesség, az S0 4 -, Cl-, As- és Cr-VI-tartalom vonatkozásában a feketeszénpernyék nem léphetik túl. A megadott határértékek túllépése csak akkor engedhető meg, ha a túllépés csak csekély mértékű és nem rendszeres. Rendszeres túllépésről akkor van szó, ha egy tulajdonság megengedhető határértékét két egymást követő külső ellenőrző mérés túllépi. Csekély mértékű a túllépés, ha egy tulajdonság a határértéket csupán a túlépés megengedett mértékével lépi túl.

36

Hans-Joachim Feiierborri

6. táblázat: Speciális követelmények a fekete szénpernyével szemben a TLMin-StB 2000 szerint Egység

Feketeszénpernye

Megengedett túllépés %

pH-érték 1 '

-

-

elektromos vezetőképesség

mS/m

8-13 400

5

SO 4

mg/l

1000

5

Cl

mg/l mg/l

50

10 20 10

Tulajdonság

SÍ

-a y o W

!

As Cr-VÍ

mg/l

0,1 0,35

nem határérték, anyagjellemző; túllépéskor az okok megvizsgálandók

Irodalom: [ 11

[21

[3]

|4| |5] [6]

[7]

Bundesminister für Umweh, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durcli Luftverunreinigungen, Geräusche. Erschütterungen und ähnliche Vorgange (Bundesimmissionsschutzgesetz - BlmSchG), 15.04.1974 mit Änderung vom 26.11.1986, zuletzt geändert am 18. April 1997 Bundesminister für Umwelt. Naturschutz, und Reaktorsicherheit: Kreislauf wirtschafts- und Abfallgesetz - KrW-/AbfG: Gesetz, zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltverträglichen Beseitigung von Abfällen vom 27. September 1994 VGB - Technische Vereinigung der Grosskraftwerksbetreiber e.V.: Statistische Erhebungen zu Aufkommen und Verwertung von Nebenprodukten aus kohlebefeuerten Kraftwerken in Deutschland im Jahr 1999 BVK - Bundesverband Kraitwerksnebenprodukte e.V.: Vermarktung von Baustoffen aus Kohlekraftwerken 1999 DIN EN 450: Flugasche für Beton, Definitionen, Anforderungen und Güteüberwachung. Deutsche Fassung EN 450 (09/1994), Ausgabe Januar 1995 Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe Mineralstoße im Straßenbau: Merkblatt über die Verwendung von industriellen Nebenprodukten im Straßenbau, Teil: Steinkohlenllugasche, Ausgabe 1986, übernommen in: Merkblatt über die Verwendung von Steinkohlenllugasche im Straßenbau, Ausgabe: 1993 Forschungsgesellschalt für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe Mineralstoffe im Straßenbau: Technische Lieferbedingungen für Mineralstoffe im Straßenbau. Gesteinskörnungen und Werksteine im Straßenbau. TL Min-StB 2000, Ausgabe 2000

A PERNYE HASZNOSÍTÁSA NÉMETORSZÁGBAN

Recommend Documents