FLYVEASKE fakta for Motorvejsingeniører

Kapitel 1 – FLYVEASKE – et Ingeniørmateriale

• hvorfor FLYVEASKE?
• produktion
• håndtering
• egenskaber
• kvalitet af FLYVEASKE

hvorfor FLYVEASKE?

Hvad er FLYVEASKE? FLYVEASKE er den fininddelte Rest, der skyldes forbrænding af pulveriseret kul og transporteres fra forbrændingskammeret med udstødningsgasser. Over 61 millioner tons (68 millioner tons) FLYVEASKE blev produceret i 2001.

hvor kommer FLYVEASKE fra? FLYVEASKE produceres af kulfyrede el-og dampgenererende anlæg. Typisk pulveriseres kul og blæses med luft ind i kedlens forbrændingskammer, hvor det straks antændes, genererer varme og producerer en smeltet mineralrest. Kedelrør ekstraherer varme fra kedlen, køler røggassen og får den smeltede mineralrest til at hærde og danne aske. Grove askepartikler, kaldet bundaske eller slagge, falder til bunden af forbrændingskammeret, mens de lettere fine askepartikler, betegnet FLYVEASKE, forbliver suspenderet i røggassen. Før røggassen udtømmes, fjernes FLYVEASKE ved hjælp af partikelemissionsbegrænsningsanordninger, såsom elektrostatiske præcipitatorer eller filterstof baghuse (se figur 1-1).

hvor anvendes FLYVEASKE? I øjeblikket anvendes over 20 millioner tons (22 millioner tons) FLYVEASKE årligt i en række tekniske applikationer. Typiske motorvejstekniske applikationer inkluderer: portland cement beton (PCC), jord og vej base stabilisering, flydbare fyldninger, fuger, strukturelle fyld og asfalt fyldstof.

Hvad gør FLYVEASKE nyttigt? FLYVEASKE er mest almindeligt anvendt i PCC applikationer. Er kiselholdige eller kiselholdige og aluminøse materialer, som i en findelt form og i nærværelse af vand reagerer med calciumhydroksid ved almindelige temperaturer for at producere cementholdige forbindelser.

den unikke sfæriske form og partikelstørrelsesfordeling af FLYVEASKE gør det til et godt mineralfyldstof i applikationer med varm blanding af asfalt (HMA) og forbedrer fluiditeten af flydende fyld og fugemasse. Konsistensen og overfloden af FLYVEASKE på mange områder giver unikke muligheder for brug i strukturelle fyld og andre motorvejsapplikationer.

miljømæssige fordele. Udnyttelse af FLYVEASKE, især i beton, har betydelige miljømæssige fordele, herunder: (1) forøgelse af levetiden for betonveje og-konstruktioner ved at forbedre betonens Holdbarhed, (2) netto reduktion i energiforbrug og drivhusgas og andre negative luftemissioner, når FLYVEASKE anvendes til at erstatte eller fortrænge fremstillet cement, (3) reduktion i mængden af kulforbrændingsprodukter, der skal bortskaffes på lossepladser, og (4) Bevarelse af andre naturressourcer og materialer.

figur 1-1: metode til overførsel af FLYVEASKE kan være tør, våd eller begge dele.

produktion

FLYVEASKE produceres ved forbrænding af kul i el-eller industrikedler. Der er fire grundlæggende typer af kulfyrede kedler: pulveriseret kul (PC), stoker-fyret eller rejser rist, cyklon, og fluidiseret seng forbrænding (FBC) kedler. PC-kedlen er den mest anvendte, især til store elektriske generatorenheder. De andre kedler er mere almindelige på industrielle eller kraftvarmeanlæg. Fly aske produceret af FBC kedler betragtes ikke i dette dokument. FLYVEASKE fanges fra røggasserne ved hjælp af elektrostatiske præcipitatorer (ESP) eller i filterstofsamlere, ofte benævnt baghouses. De fysiske og kemiske egenskaber ved FLYVEASKE varierer mellem forbrændingsmetoder, kulkilde og partikelform.

tabel 1-1: 2001 FLYVEASKE produktion og brug.

			millioner korte Tons	procent
produceret	61, 84	68, 12	100.0
brugt	19.98	22.00	32.3

som vist i tabel 1-1, af de 62 millioner tons (68 millioner tons) flyveaske produceret i 2001 blev kun 20 millioner tons (22 millioner tons) eller 32 procent af den samlede produktion brugt. Følgende er en opdeling af FLYVEASKE anvendelser, hvoraf meget bruges i transportbranchen.

tabel 1-2: FLYVEASKE bruger.

			millioner korte Tons	procent
Cement/beton	12.16	13.40	60.9
flydende fyld	0.73		3.7
strukturelle fyld	2.91	3.21	14.6
vejbase/underbase	0.93	1.02	4.7
jordmodifikation	0.67	0, 74	3.4
Mineral Filler	0.10	0.11	0.5
Mining Applications	0.74	0.82	3.7
Waste Stabilization /Solidification	1.31	1.44	6.3
Agriculture	0.02	0.02	0.1
Miscellaneous/Other	0.41	0.45	2.1
Totals	19.98	22.00	100

håndtering

den opsamlede FLYVEASKE transporteres typisk pneumatisk fra ESP-eller filterstofbeholderne til opbevaringssiloer, hvor den holdes tør i afventning af anvendelse eller yderligere behandling, eller til et system, hvor den tørre aske blandes med vand og transporteres (slusede) til en on-site opbevaring Dam.

den tørre opsamlede aske opbevares og håndteres normalt ved hjælp af udstyr og procedurer svarende til dem, der anvendes til håndtering af Portlandcement:

• FLYVEASKE opbevares i siloer, kupler og andre bulklagerfaciliteter
• FLYVEASKE kan overføres ved hjælp af luftrutschebaner, spandtransportører og skruetransportører, eller det kan transporteres pneumatisk gennem rørledninger under positive eller negative trykforhold
• FLYVEASKE transporteres til markeder i bulktankvogne, jernbanevogne og pramme/skibe
• FLYVEASKE kan pakkes i supersække eller mindre poser til specialanvendelser

tør indsamlet flyveaske kan også fugtes med vand og befugtningsmidler, når det er relevant, ved hjælp af specialudstyr (konditioneret) og trukket i overdækkede dumpere til specielle applikationer såsom strukturelle fyld. Vandkonditioneret FLYVEASKE kan oplagres på jobsites. Eksponeret oplagret materiale skal holdes fugtigt eller dækket med presenninger, plast eller tilsvarende materialer for at forhindre støvemission.

egenskaber

størrelse og form. FLYVEASKE er typisk finere end Portlandcement og kalk. FLYVEASKE består af partikler i siltstørrelse, som generelt er sfæriske, typisk i størrelse mellem 10 og 100 mikron (figur 1-2). Disse små glaskugler forbedrer fluiditeten og bearbejdeligheden af frisk beton. Finhed er en af de vigtige egenskaber, der bidrager til flyveaskens posolaniske reaktivitet.

figur 1-2: Flyveaskepartikler ved 2.000 gange forstørrelse.

Kemi. FLYVEASKE består primært af silicium, aluminium jern og calcium. Magnesium, kalium, natrium, titanium og svovl er også til stede i mindre grad. Når det anvendes som mineralblanding i beton, klassificeres FLYVEASKE som enten klasse C eller klasse F aske baseret på dets kemiske sammensætning. American Association of State Motorvejstransportembedsmænd (AASHTO) m 295 definerer den kemiske sammensætning af klasse C og klasse F FLYVEASKE.klasse C aske stammer generelt fra subbituminøse kul og består primært af calciumaluminosulfatglas samt kvarts, tricalciumaluminat og fri kalk (CaO). Klasse C-aske kaldes også FLYVEASKE med højt calciumindhold, fordi den typisk indeholder mere end 20 procent cao.klasse F aske er typisk afledt af bituminøse og antracit kul og består primært af en alumino-silikat glas, med kvarts, mullit, og magnetit også til stede. Klasse F eller FLYVEASKE med lavt calciumindhold har mindre end 10 procent cao.

tabel 1-3: Prøveoksidanalyser af aske og Portlandcement

Fe2O3

forbindelser	FLYVEASKE klasse F	FLYVEASKE klasse C	Portlandcement
SiO2	55	40	23
	Al203	26		4
7	6	2
	cao (lime)	9	24	64
MgO	2	5	2
SO3	1	3	2

farve. FLYVEASKE kan være brun til mørkegrå, afhængigt af dets kemiske og mineralske bestanddele. Tan og lyse farver er typisk forbundet med højt kalkindhold. En brunlig farve er typisk forbundet med jernindholdet. En mørkegrå til sort farve tilskrives typisk et forhøjet uforbrændt kulstofindhold. FLYVEASKE farve er normalt meget konsekvent for hvert kraftværk og kul kilde.

figur 1-3: typiske askefarver

kvaliteten af FLYVEASKE

kvalitetskravene til FLYVEASKE varierer afhængigt af den tilsigtede anvendelse. Flyveaskekvaliteten påvirkes af brændstofegenskaber (kul), samfyring af brændstoffer (bituminøse og subbituminøse kul) og forskellige aspekter af forbrændings-og røggasrensnings-/opsamlingsprocesserne. De fire mest relevante egenskaber ved FLYVEASKE til brug i beton er tab ved tænding (LOI), finhed, kemisk sammensætning og ensartethed.

LOI er en måling af uforbrændt kulstof (kul), der er tilbage i asken, og er et kritisk kendetegn ved FLYVEASKE, især til konkrete anvendelser. Høje kulstofniveauer, typen af kulstof (dvs.aktiveret), interaktionen mellem opløselige ioner i flyveaske og variabiliteten af kulstofindhold kan resultere i betydelige luftinddragelsesproblemer i frisk beton og kan påvirke betonens holdbarhed negativt. AASHTO og ASTM angiver grænser for LOI. Imidlertid vil nogle statslige transportafdelinger angive et lavere niveau for LOI. Kulstof kan også fjernes fra FLYVEASKE.

nogle FLYVEASKE anvendelser påvirkes ikke af LOI. Fyldstof i asfalt, flydende fyld og strukturelle fyld kan acceptere FLYVEASKE med forhøjet kulstofindhold.

finhed af FLYVEASKE er mest tæt forbundet med driftsbetingelsen for kulknuserne og slibbarheden af selve kulet. Ved anvendelse af FLYVEASKE i betonanvendelser defineres finhed som vægtprocenten af det materiale, der tilbageholdes på sigten på 0,044 mm (nr.325). En grovere gradering kan resultere i en mindre reaktiv aske og kan indeholde højere kulstofindhold. Grænser for finhed er behandlet af ASTM og State transportation department SPECIFIKATIONER. FLYVEASKE kan behandles ved screening eller luftklassificering for at forbedre dens finhed og reaktivitet.

nogle ikke-konkrete applikationer, såsom strukturelle fyldninger, påvirkes ikke af flyveaskens finhed. Imidlertid er andre applikationer såsom asfaltfyldstof i høj grad afhængige af flyveaskens finhed og dens partikelstørrelsesfordeling.

Flyveaskens kemiske sammensætning vedrører direkte mineralkemien i moderkul og eventuelle yderligere brændstoffer eller tilsætningsstoffer, der anvendes i forbrændings-eller efterforbrændingsprocesserne. Den anvendte forureningskontrolteknologi kan også påvirke flyveaskens kemiske sammensætning. Elektriske generationsstationer brænder store mængder kul fra flere kilder. Kul kan blandes for at maksimere produktionseffektiviteten eller for at forbedre stationens miljømæssige ydeevne. Flyveaskens Kemi testes og evalueres konstant til specifikke anvendelser.

Nogle stationer brænder selektivt specifikke kul eller ændrer deres additivformulering for at undgå at forringe askekvaliteten eller for at give en ønsket flyveaskekemi og egenskaber.

ensartethed af flyveaskeegenskaber fra Forsendelse til forsendelse er afgørende for at kunne levere et ensartet produkt. FLYVEASKE Kemi og egenskaber er typisk kendt på forhånd, så betonblandinger er designet og testet for ydeevne.

tabel 1-4: vejledningsdokumenter, der anvendes til kvalitetssikring af FLYVEASKE.

ACI 229R

kontrolleret Lavstyrkemateriale (CLSM)

ASTM C 311

prøveudtagning og test af FLYVEASKE eller naturlige FLYVEASKE til brug som mineralblanding i Portlandcementbeton

AASHTO M 295
ASTM C 618

flyveaske og rå eller calcineret naturlig Posolan til brug som mineralblanding i Portlandcementbeton

AASHTO M 295
ASTM C 618

flyveaske og rå eller calcineret naturlig Posolan til brug som mineralblanding i Portlandcement portland cement beton

ASTM C 593

flyveaske og andre FLYVEASKE til brug sammen med kalk

ASTM D 5239

standardpraksis til karakterisering af FLYVEASKE til brug ved jordstabilisering

ASTM E 1861

vejledning til brug ved anvendelse af af Kulforbrændingsbiprodukter i strukturelle fyld

kvalitetssikrings-og kvalitetskontrolkriterier varierer for hver anvendelse af FLYVEASKE fra stat til stat og kilde til kilde. Nogle stater kræver certificerede prøver fra siloen på et specificeret grundlag til test og godkendelse inden brug. Andre fører lister over godkendte kilder og accepterer projektleverandørernes certificeringer af flyveaskekvalitet. Graden af kvalitetskontrolkrav afhænger af den tilsigtede anvendelse, den særlige flyveaske og dens variation. Testkrav fastlægges typisk af de enkelte specificerende agenturer.

figur 1-4: mikroskopiske fotografier af FLYVEASKE (venstre) og Portlandcement (højre).

tabel 1-5. Specifikationer for FLYVEASKE i PCC.
AASHTO M 295 (ASTM C 618) – klasse F og C

				klasse F	klasse c
kemiske krav	SiO2 + Al2O3 + Fe2O3	min%	701	50
sio3	maks%	50
sio3	maks%	5	5
fugtindhold	maks%	3	3
tab ved tænding (loi)	maks %	51
valgfri kemisk Krav	tilgængelige alkalier	maks%	1.5	1.5
fysiske krav	finhed (+325 Mesh)	maks%	34	34
posolanisk aktivitet/cement (7 dage)	min%	75
Posolanisk aktivitet/cement (28 dage)	min%	75
vandbehov	maks%	105	105
autoklaveudvidelse	maks%	0.8	0.8
ensartede krav2: tæthed	maks%	5	5
ensartede krav2: finhed	maks%	5
valgfri fysiske krav	Multiple factor (LOI		255	—
forøgelse af Tørringskrympning	maks%	.03	.03
Ensartethedskrav: Luftinddragelsesmiddel	maks%	20	20
cement/Alkalireaktion: Mørteludvidelse (14 dage)	maks%	0.020	—

bemærkninger:

1. ASTM-kravene er 6 procent
2. tætheden og finheden af de enkelte prøver må ikke variere fra Det gennemsnit, der er fastlagt ved de 10 foregående tests, eller ved alle foregående tests, hvis de enkelte prøver er antallet er mindre end 10, med mere end de maksimale procentsatser angivet.