pernye Tények Autópálya Mérnökök

1. Fejezet – pernye – Mérnöki Anyag

• Miért pernye?
• termelés
• kezelés
• jellemzők
• a Légyhamu minősége

miért repül a hamu?

mi a légyhamu? A légyhamu a porított szén elégetéséből származó finoman megosztott maradék, amelyet kipufogógázok szállítanak az égéstérből. 2001-ben több mint 61 millió tonna (68 millió tonna) légyhamut állítottak elő.

honnan származik a légyhamu? A légyhamut széntüzelésű elektromos és gőzfejlesztő üzemek állítják elő. Jellemzően a szenet porítják és levegővel fújják a kazán égésterébe, ahol azonnal meggyullad, hőt termel és olvadt ásványi maradékot termel. A kazáncsövek kivonják a hőt a kazánból, lehűtik a füstgázt, és az olvadt ásványmaradványok megkeményednek és hamut képeznek. Durva ash részecskék, a továbbiakban alsó hamu vagy salak, esik az alján az égéstérbe, míg a világosabb finom hamu részecskék, úgynevezett pernye, továbbra is felfüggesztik a füstgáz. A füstgáz kimerítése előtt a légyhamut részecskekibocsátás-szabályozó eszközökkel, például elektrosztatikus kicsapóberendezésekkel vagy szűrőszövet-zsákokkal távolítják el (lásd az 1-1.ábrát).

hol használják a légyhamut? Jelenleg több mint 20 millió metrikus tonna (22 millió tonna) légyhamut használnak évente számos mérnöki alkalmazásban. A tipikus autópálya-mérnöki alkalmazások a következők: portlandcement beton (PCC), talaj-és útalap stabilizálása, áramlási töltések, fugázások, szerkezeti kitöltés és aszfalt töltőanyag.

mi teszi hasznossá a légyhamut? Fly ash leggyakrabban használt, mint egy pozzolan PCC alkalmazások. A pozzolánok szilikátos vagy szilikátos és alumínium anyagok, amelyek finomra osztott formában és víz jelenlétében rendes hőmérsékleten kalcium-hidroxiddal reagálnak cementkötésű vegyületek előállítására.

a fly ash egyedi gömb alakú és szemcseméretű eloszlása jó ásványi töltőanyaggá teszi a hot mix aszfalt (HMA) alkalmazásokban, és javítja a folyékonyan tölthető töltőanyag és habarcs folyékonyságát. A légyhamu konzisztenciája és bősége számos területen egyedülálló lehetőségeket kínál a szerkezeti kitöltésekben és más autópálya-alkalmazásokban való felhasználáshoz.

környezeti előnyök. A légyhamu hasznosítása, különösen a betonban, jelentős környezeti előnyökkel jár, beleértve: (1) növelése az élet konkrét utakat, szerkezetek javítása által beton tartóssága, (2) nettó csökkentése, energia felhasználás, illetve üvegházhatású gáz -, illetve egyéb káros levegő kibocsátás, amikor pernye használják, hogy cserélje ki, vagy kiszorítják gyártott beton, (3) csökkenése mennyiségű szén égéstermékek, hogy meg kell semmisíteni a hulladéklerakók, illetve (4) természetvédelmi más természeti erőforrások anyagok.

1-1. ábra: a légyhamu-átvitel módja lehet száraz, nedves vagy mindkettő.

termelés

a Légyhamut a szén elektromos közüzemi vagy ipari kazánokban történő égetéséből állítják elő. A széntüzelésű kazánok négy alapvető típusa létezik: porított szén (PC), stoker-tüzelésű vagy utazó rostély, ciklon, és fluidizált ágyas égésű (FBC) kazánok. A PC kazán a legszélesebb körben használt, különösen a nagy elektromos generáló egységeknél. A többi kazán gyakoribb az ipari vagy kapcsolt energiatermelő létesítményekben. Az FBC kazánok által gyártott Fly hamut nem veszik figyelembe ebben a dokumentumban. A légyhamut a füstgázokból elektrosztatikus kicsapógépek (ESP) vagy szűrőszövetgyűjtők segítségével rögzítik, amelyeket általában baghouses-nak neveznek. A légyhamu fizikai és kémiai jellemzői az égési módszerek, a szénforrás és a részecskeforma között változnak.

1-1. táblázat: 2001.

	millió metrikus tonna	millió rövid tonna	százalék
		61.84	68.12	100.0
Használt	19.98	22.00	32.3

Táblázatban látható 1-1, a 62 millió tonna (68 millió tonna) a pernye készített 2001-ben, csak 20 millió tonna (22 millió tonna), vagy 32% – a teljes termelési, használták. Az alábbiakban a repülési hamu felhasználásainak lebontása található, amelyek nagy részét a közlekedési iparban használják.

táblázat 1-2: Fly ash használ.

	Millió Tonna	Rövid Millió Tonna	Százalékos
Cement/Beton	12.16	13.40	60.9
Flowable Töltse	0.73	0.80	3.7
Strukturális Kitölti	2.91	3.21	14.6
Közúti Alap/Sub-base	0.93	1.02	4.7
Talaj Módosítás	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

Kezelési

Az összegyűjtött pernye általában közvetített pneumatikus az ESP vagy a szűrő szövet árusok, hogy a tároló silók, ahol folyamatosan száraz függőben felhasználás vagy további feldolgozása, vagy egy olyan rendszer, ahol a száraz hamu vízzel keverve, illetve szállítani (sluiced) helyszíni víztározóból.

a száraz, összegyűjtött hamut általában portlandcement kezelésére használt berendezésekkel és eljárásokkal tárolják és kezelik:

• pernye tárolja silók, dóm, vagy más ömlesztett tároló létesítmények,
• pernye vihető át a levegő a diák, vödör, szállítószalagok, csavaros szállítószalagok, vagy lehet pneumatikus közvetített csővezetéken alapján pozitív vagy negatív nyomás feltételek
• pernye szállítják piacok ömlesztve valahol egy tartálykocsi, vasúti kocsik, uszály/hajók
• pernye lehet csomagolni a super zsákokban vagy kisebb táskák speciális alkalmazások

Száraz gyűjtött pernye is lehet a megnedvesített, nedvesítő szerek, amikor alkalmazható, speciális berendezések (kondicionált) és behurcolt fedett billenőkocsik speciális alkalmazásokhoz, például szerkezeti kitöltésekhez. A vízben kondicionált légyhamut a munkahelyeken lehet felhalmozni. A porkibocsátás megelőzése érdekében az exponált anyagot nedvesen kell tartani, vagy ponyvával, műanyaggal vagy azzal egyenértékű anyagokkal kell bevonni.

jellemzők

méret és alak. A légyhamu jellemzően finomabb, mint a Portlandcement és a mész. A légyhamu általában gömb alakú, általában 10 és 100 mikron közötti méretű részecskékből áll (1-2.ábra). Ezek a kis üveggömbök javítják a friss beton folyékonyságát és működőképességét. A finomság az egyik fontos tulajdonság, amely hozzájárul a légyhamu pozzolanikus reaktivitásához.

1-2. ábra: légy hamu részecskék 2000 x nagyításnál.

kémia. A légyhamu elsősorban szilícium -, alumínium-vas-és kalcium-oxidokból áll. A magnézium, a kálium, a nátrium, a titán és a kén is kisebb mértékben jelen van. Ha ásványi adalékanyagként használják betonban, a légyhamut kémiai összetétele alapján C vagy F osztályú hamunak kell besorolni. American Association of State Highway Transportation Officials (AASHTO) M 295 meghatározza a kémiai összetétele C osztály és F osztály fly ash.

A C osztályú hamu általában szubbitumenes szénből származik, és elsősorban kalcium-alumínium-szulfát üvegből, valamint kvarcból, trikalcium-aluminátból és szabad mészből (Cao) áll. A C osztályú hamut magas kalcium-légyhamunak is nevezik, mivel általában több mint 20% Cao-t tartalmaz.

az F osztályú hamu jellemzően bitumenes és antracit szénből származik, és elsősorban alumínium-szilikát üvegből áll, kvarc, mullit és magnetit is jelen van. Az F osztály, vagy az alacsony kalcium légyhamu kevesebb, mint 10% CaO.

1-3. táblázat: Minta-oxid elemzések hamu, portland cement

Vegyületek	pernye Osztály F	pernye C Osztályú	Portland Cement
SiO2	55	40	23
Al203	26	17	4
Fe2O3	7	6	2
CaO (Lime)	9	24	64
MgO	2	5	2
SO3	1	3	2

Color. A légyhamu kémiai és ásványi összetevőitől függően sötétszürke lehet. A Tan és a világos színek jellemzően magas mésztartalommal társulnak. A barnás szín általában a vastartalomhoz kapcsolódik. A sötétszürke-fekete színt általában magas égetlen széntartalomnak tulajdonítják. A légyhamu színe általában minden erőműben és szénforrásban nagyon konzisztens.

1-3. ábra: tipikus hamu színek

minősége Légyhamu

minőségi követelmények légyhamu függően változnak a rendeltetésszerű használat. A légyhamu minőségét befolyásolják az üzemanyag jellemzői (szén), az üzemanyagok (bitumenes és szubbitumenes szén) együttégetése, valamint az égés-és füstgáztisztítási/begyűjtési folyamatok különböző szempontjai. A betonban használt légyhamu négy legfontosabb jellemzője a gyújtásveszteség( LOI), a finomság, a kémiai összetétel és az egységesség.

A LOI a hamuban maradt égetlen szén (szén) mérése, amely a légyhamu kritikus jellemzője, különösen a konkrét alkalmazásokhoz. A magas szén-dioxid-szint, a szén típusa (azaz aktivált), az oldható ionok kölcsönhatása a légyhamuban, valamint a széntartalom változékonysága jelentős levegő-behatolási problémákat okozhat a friss betonban, és hátrányosan befolyásolhatja a beton tartósságát. Az AASHTO és az ASTM meghatározza a LOI korlátait. Egyes állami közlekedési osztályok azonban alacsonyabb szintet határoznak meg a LOI számára. A szén eltávolítható a légyhamuból is.

néhány légyhamu felhasználást a LOI nem befolyásol. Az aszfalt kitöltése, az átfolyható kitöltés, valamint a szerkezeti kitöltések magas széntartalmú légyhamut fogadhatnak el.

a légyhamu finomsága leginkább a széntörlők működési állapotához és maga a szén őrlhetőségéhez kapcsolódik. A konkrét alkalmazásokban használt légyhamu esetében a finomságot a 0,044 mm-es (325. számú) szitán megtartott anyag tömegszázalékának kell tekinteni. A durvább gradáció kevésbé reaktív hamut eredményezhet, és nagyobb széntartalmat is tartalmazhat. A finomságra vonatkozó korlátokat az ASTM és a state transportation department specifikációi kezelik. A légyhamut szűréssel vagy levegő osztályozással lehet feldolgozni, hogy javítsa finomságát és reaktivitását.

néhány nem konkrét alkalmazást, például a szerkezeti kitöltést nem befolyásolja a légyhamu finomsága. Azonban más alkalmazások, mint például az aszfalt töltőanyag, nagymértékben függnek a légy hamu finomságától és részecskeméret-eloszlásától.

a légyhamu kémiai összetétele közvetlenül kapcsolódik az anyaszén ásványi kémiájához, valamint az égés vagy az égés utáni folyamatokban felhasznált további tüzelőanyagokhoz vagy adalékanyagokhoz. Az alkalmazott szennyezéscsökkentő technológia befolyásolhatja a légyhamu kémiai összetételét is. Az elektromos generáló állomások több forrásból nagy mennyiségű szenet égetnek el. A szén keverhető a termelési hatékonyság maximalizálása vagy az állomás környezeti teljesítményének javítása érdekében. A légyhamu kémiáját folyamatosan tesztelik és értékelik speciális felhasználási célokra.

Egy kis állomások szelektíven éget konkrét parazsat, vagy módosítsa a adalékanyagok megfogalmazás, hogy elkerüljék a hamu minőségi vagy kölcsönöz a kívánt pernye kémia, jellemzők alapján.

a légyhamu jellemzőinek egységessége a szállítástól a szállításig elengedhetetlen a következetes termék szállításához. A légyhamu kémiai tulajdonságai és jellemzői jellemzően előre ismertek, így a betonkeverékeket a teljesítmény szempontjából tervezték és tesztelték.

1-4.táblázat: a légyhamu minőségbiztosításához használt útmutatók.

ACI 229R

Ellenőrzött Alacsony Szilárdságú Anyag (CLSM)

ASTM C 311

Mintavétel vagy Vizsgálati pernye vagy Természetes Pozzolans Használatra, mint egy Ásványi Keveredés a Portland Cement-Beton

AASHTO M 295
ASTM C 618

pernye, Nyers vagy Kalcinált Természetes Pozzolan Használatra, mint egy Ásványi Keveredés a Portland Cement-Beton

ASTM C 593

pernye, illetve Egyéb Pozzolans Használható Lime

ASTM D 5239

általános Gyakorlat, hogy a Jellemző pernye Használata a Talaj Stabilizáció

ASTM E 1861

Útmutató Használata a Szénégetési melléktermékek szerkezeti Töltéseiben

minőségbiztosítási és minőségellenőrzési kritériumok a légyhamu minden egyes felhasználásánál államonként és forrásonként eltérőek. Egyes államok megkövetelik a Silóból származó hitelesített mintákat a felhasználás előtti vizsgálathoz és jóváhagyáshoz meghatározott alapon. Mások listákat vezetnek a jóváhagyott forrásokról, és elfogadják a projekt beszállítóinak a fly ash minőségére vonatkozó tanúsítványait. A minőség-ellenőrzési követelmények mértéke a tervezett felhasználástól, az adott légyhamutól és annak változékonyságától függ. A tesztelési követelményeket általában az egyes meghatározó ügynökségek állapítják meg.

1-4. ábra: mikroszkopikus fényképek a légyhamuról (balra) és a portlandcementről (jobbra).

1-5.táblázat. MŰSZAKI ADATOK fly hamu PCC.
AASHTO M 295 (ASTM C 618) – Osztály F C

			Class F	C Osztályú
Kémiai Követelmények	SiO2 + Al2O3 + Fe2O3	min%	701	50
	SiO3	max%	5	5
	Nedvesség-Tartalom	max%	3	3
	Veszteség gyújtás (LOI)	max%	51	51
Opcionális Kémiai Követelmények	Rendelkezésre álló lúgokkal	max%	1.5	1.5
Fizikai Követelmények	Finomsága (+325 Háló)	max%	34	34
	Pozzolanic tevékenység/cement (7 nap)	min%	75	75
	Pozzolanic tevékenység/cement (28 nap)	min%	75	75
	Víz követelmény	max%	105	105
	Autokláv terjeszkedés	max%	0.8	0.8
	Egységes requirements2: sűrűség	max%	5	5
	Egységes requirements2: Finomsága	max%	5	5
Opcionális Fizikai Követelmények	Több tényező (LOI x finomságú)		255	—
	Növekedése száradási zsugorodás	max%	.03	.03
	egységességi követelmények: Air entraining agent	max%	20	20
	Cement / alkáli reakció: habarcs expanzió (14 nap)	max%		0.020	—

Megjegyzések:

1. ASTM követelmények 6 százalék
2. A sűrűség pedig finomsága egyedi mintákat nem változik az átlagos által létrehozott 10 megelőző vizsgálatok vagy az összes megelőző vizsgálatok, ha a szám kisebb mint 10, nagyobb, mint a maximális százalékarányok.