trotuare
cenușă zburătoare fapte pentru inginerii de autostrăzi
Capitolul 1 – cenușă zburătoare-un material de inginerie
- de ce cenușă zburătoare?
- producție
- manipulare
- caracteristici
- calitatea cenușii zburătoare
de ce cenușă zburătoare?
Ce este cenușa zburătoare? Cenușa zburătoare este reziduul fin divizat care rezultă din arderea cărbunelui pulverizat și este transportat din camera de ardere prin gazele de eșapament. Peste 61 de milioane de tone metrice (68 de milioane de tone) de cenușă zburătoare au fost produse în 2001.
de unde vine cenușa zburătoare? Cenușa zburătoare este produsă de centrale electrice și generatoare de abur pe bază de cărbune. De obicei, cărbunele este pulverizat și suflat cu aer în camera de ardere a cazanului, unde se aprinde imediat, generând căldură și producând un reziduu mineral topit. Tuburile cazanului extrag căldura din cazan, răcind gazul de ardere și determinând reziduurile minerale topite să se întărească și să formeze cenușă. Particulele de cenușă grosieră, denumite cenușă de fund sau zgură, cad pe fundul camerei de ardere, în timp ce particulele de cenușă fină mai ușoare, denumite cenușă zburătoare, rămân suspendate în gazele de ardere. Înainte de evacuarea gazelor de ardere, cenușa zburătoare este îndepărtată prin dispozitive de control al emisiilor de particule, cum ar fi precipitatoarele electrostatice sau casele de țesături filtrante (a se vedea figura 1-1).
unde se folosește cenușa zburătoare? În prezent, peste 20 de milioane de tone metrice (22 de milioane de tone) de cenușă zburătoare sunt utilizate anual într-o varietate de aplicații inginerești. Aplicațiile tipice de Inginerie a autostrăzilor includ: beton de ciment portland (PCC), stabilizarea solului și a bazei rutiere, umpluturi curgătoare, chituri, umplutură structurală și umplutură de asfalt.
ce face utilă cenușa zburătoare? Cenușa zburătoare este cel mai frecvent utilizată ca pozzolan în aplicațiile PCC. Pozzolanii sunt materiale silicioase sau silicioase și aluminoase, care într-o formă fin divizată și în prezența apei, reacționează cu hidroxidul de calciu la temperaturi obișnuite pentru a produce compuși pe bază de ciment.
forma sferică unică și distribuția dimensiunii particulelor de cenușă zburătoare îl fac o umplutură minerală bună în aplicațiile de asfalt cu amestec fierbinte (HMA) și îmbunătățește fluiditatea umplerii și mortarului curgător. Consistența și abundența cenușii zburătoare în multe zone prezintă oportunități unice de utilizare în umpluturi structurale și alte aplicații de autostradă.
beneficii de mediu. Utilizarea cenușii zburătoare, în special în beton, are beneficii semnificative pentru mediu, inclusiv: (1) creșterea duratei de viață a drumurilor și structurilor din beton prin îmbunătățirea durabilității betonului, (2) reducerea netă a consumului de energie și a gazelor cu efect de seră și a altor emisii adverse în aer atunci când cenușa zburătoare este utilizată pentru înlocuirea sau înlocuirea cimentului fabricat, (3) reducerea cantității de produse de ardere a cărbunelui care trebuie aruncate în depozitele de deșeuri și (4) conservarea altor resurse naturale și materiale.figura 1-1: metoda de transfer a cenușii zburătoare poate fi uscată, umedă sau ambele.
producția
cenușa zburătoare este produsă prin arderea cărbunelui în cazanele electrice sau industriale. Există patru tipuri de bază de cazane pe cărbune: cărbune pulverizat (PC), grătar pe bază de stoker sau de călătorie, ciclon și cazane de combustie cu pat fluidizat (FBC). Cazanul PC este cel mai utilizat, în special pentru unitățile mari de generare electrică. Celelalte cazane sunt mai frecvente la instalațiile industriale sau de cogenerare. Cenușa de zbor produsă de cazanele FBC nu este luată în considerare în acest document. Cenușa zburătoare este captată din gazele de ardere folosind precipitatoare electrostatice (ESP) sau în colectoare de țesături filtrante, denumite în mod obișnuit baghouses. Caracteristicile fizice și chimice ale cenușii zburătoare variază între metodele de ardere, sursa de cărbune și forma particulelor.
așa cum se arată în tabelul 1-1, Din tabelul 62 de milioane de tone metrice (68 de milioane de tone) de cenușă zburătoare produse în 2001, au fost utilizate doar 20 de milioane de tone metrice (22 de milioane de tone), sau 32 la sută din producția totală. Următoarea este o defalcare a utilizărilor de cenușă zburătoare, dintre care o mare parte este utilizată în industria transporturilor.
manipularea
cenușa zburătoare colectată este de obicei transportată pneumatic de la buncărele ESP sau de țesături filtrante la silozurile de depozitare unde este păstrată uscată până la utilizare sau prelucrare ulterioară sau la un sistem în care cenușa uscată este amestecată cu apă și transportate (sluiced) la un iaz de stocare pe site-ul.
cenușa uscată colectată este depozitată și manipulată în mod normal folosind echipamente și proceduri similare celor utilizate pentru manipularea cimentului portland:
- cenușa zburătoare este depozitată în silozuri, cupole și alte instalații de depozitare în vrac
- cenușa zburătoare poate fi transferată folosind tobogane de aer, transportoare cu găleată și transportoare cu șurub sau poate fi transportată pneumatic prin conducte în condiții de presiune pozitivă sau negativă
- cenușa zburătoare este transportată pe piețe în camioane cisternă în vrac, vagoane feroviare și barje/Nave
- cenușa zburătoare poate fi ambalată în super saci sau pungi mai mici pentru aplicații de specialitate
cenușa poate fi, de asemenea, umezită cu apă și agenți de umectare, atunci când este cazul, folosind echipamente specializate (condiționat) și transportat în autobasculante acoperite pentru aplicații speciale, cum ar fi umpluturile structurale. Cenușa zburătoare condiționată cu apă poate fi depozitată la locurile de muncă. Materialul depozitat expus trebuie păstrat umed sau acoperit cu prelate, plastic sau materiale echivalente pentru a preveni emisia de praf.
caracteristici
dimensiune și formă. Cenușa zburătoare este de obicei mai fină decât cimentul portland și varul. Cenușa zburătoare este formată din particule de dimensiuni de nămol, care sunt în general sferice, de obicei cu dimensiuni cuprinse între 10 și 100 microni (figura 1-2). Aceste sfere mici de sticlă îmbunătățesc fluiditatea și lucrabilitatea betonului proaspăt. Finețea este una dintre proprietățile importante care contribuie la reactivitatea pozzolanică a cenușii zburătoare.
figura 1-2: particule de cenușă zburătoare la o mărire de 2000 x.
Chimie. Cenușa zburătoare constă în principal din oxizi de siliciu, fier de aluminiu și calciu. Magneziul, potasiul, sodiul, titanul și sulful sunt, de asemenea, prezente într-o măsură mai mică. Atunci când este utilizat ca amestec mineral în beton, cenușa zburătoare este clasificată fie ca cenușă de clasa C, fie ca cenușă de clasa F pe baza compoziției sale chimice. Asociația Americană a oficialilor de transport pe autostrăzi de Stat (AASHTO) M 295 definește compoziția chimică a cenușii zburătoare din clasa C și clasa F.
cenușa de clasa C este în general derivată din cărbuni sub-bituminoși și constă în principal din sticlă de aluminiu-sulfat de calciu, precum și cuarț, aluminat tricalcic și var liber (cao). Cenușa de clasa C este, de asemenea, denumită cenușă zburătoare bogată în calciu, deoarece conține de obicei mai mult de 20% CaO.
cenușa de clasa F este derivată de obicei din cărbuni bituminoși și antracit și constă în principal dintr-o sticlă de aluminiu-silicat, cu cuarț, mulit și magnetit. Clasa F sau cenușa zburătoare scăzută de calciu are mai puțin de 10% CaO.
| compuși | cenușă zburătoare Clasa F | cenușă zburătoare Clasa C | ciment Portland |
|---|---|---|---|
| SiO2 | 55 | 40 | 23 | Al203 | 26 | 17 | 4 |
| Fe2O3 | 7 | 6 | 2 | cao (var) | 9 | 24 | 64 | mgo | 2 | 5 | 2 |
| SO3 | 1 | 3 | 2 |
culoare. Cenușa zburătoare poate fi bronzată până la gri închis, în funcție de constituenții săi chimici și minerali. Culorile Tan și luminoase sunt de obicei asociate cu un conținut ridicat de var. O culoare maronie este de obicei asociată cu conținutul de fier. O culoare gri închis până la negru este de obicei atribuită unui conținut ridicat de carbon nears. Culoarea cenușii zburătoare este de obicei foarte consistentă pentru fiecare centrală electrică și sursă de cărbune.
figura 1-3: culori tipice de cenușă
calitatea cenușii zburătoare
cerințele de calitate pentru cenușa zburătoare variază în funcție de utilizarea prevăzută. Calitatea cenușii zburătoare este afectată de caracteristicile combustibilului (cărbune), de co-arderea combustibililor (cărbuni bituminoși și sub-bituminoși) și de diverse aspecte ale proceselor de curățare/colectare a gazelor de ardere și de ardere. Cele mai relevante patru caracteristici ale cenușii zburătoare pentru utilizare în beton sunt pierderea la aprindere (LOI), finețea, compoziția chimică și uniformitatea.
LOI este o măsură a carbonului nears (cărbune) rămas în cenușă și este o caracteristică critică a cenușii zburătoare, în special pentru aplicații concrete. Nivelurile ridicate de carbon, tipul de carbon (adică activat), interacțiunea ionilor solubili în cenușă zburătoare și variabilitatea conținutului de carbon pot duce la probleme semnificative de antrenare a aerului în betonul proaspăt și pot afecta negativ durabilitatea betonului. AASHTO și ASTM specifică limite pentru LOI. Cu toate acestea, unele departamente de transport de stat vor specifica un nivel inferior pentru LOI. Carbonul poate fi, de asemenea, îndepărtat din cenușa zburătoare.
unele utilizări ale cenușii zburătoare nu sunt afectate de LOI. Umplutura în asfalt, umplutura curgătoare și umpluturile structurale pot accepta cenușă zburătoare cu conținut ridicat de carbon.
finețea cenușii zburătoare este cel mai strâns legată de starea de funcționare a concasoarelor de cărbune și de capacitatea de măcinare a cărbunelui în sine. Pentru utilizarea cenușii zburătoare în aplicații din beton, finețea este definită ca procentul în greutate al materialului reținut pe sita de 0,044 mm (Nr.325). O gradare mai grosieră poate duce la o cenușă mai puțin reactivă și ar putea conține conținut mai mare de carbon. Limitele privind finețea sunt abordate de specificațiile ASTM și Departamentul de transport de stat. Cenușa zburătoare poate fi procesată prin screening sau clasificare a aerului pentru a-și îmbunătăți finețea și reactivitatea.
unele aplicații non-concrete, cum ar fi umpluturile structurale, nu sunt afectate de finețea cenușii zburătoare. Cu toate acestea, alte aplicații, cum ar fi umplutura de asfalt, depind în mare măsură de finețea cenușii zburătoare și de distribuția dimensiunii particulelor.
compoziția chimică a cenușii zburătoare se referă direct la chimia minerală a cărbunelui părinte și la orice combustibili sau aditivi suplimentari utilizați în procesele de ardere sau post-ardere. Tehnologia de control al poluării utilizată poate afecta, de asemenea, compoziția chimică a cenușii zburătoare. Centralele electrice ard volume mari de cărbune din mai multe surse. Cărbunii pot fi amestecați pentru a maximiza eficiența generării sau pentru a îmbunătăți performanța de mediu a stației. Chimia cenușii zburătoare este testată și evaluată în mod constant pentru aplicații de utilizare specifice.
unele stații ard selectiv cărbuni specifici sau își modifică formularea aditivilor pentru a evita degradarea calității cenușii sau pentru a conferi o chimie și caracteristici dorite ale cenușii zburătoare.
uniformitatea caracteristicilor cenușii zburătoare de la expediere la expediere este imperativă pentru a furniza un produs consistent. Chimia și caracteristicile cenușii zburătoare sunt de obicei cunoscute în avans, astfel încât amestecurile de beton sunt proiectate și testate pentru performanță.tabelul 1-4: documente de orientare utilizate pentru asigurarea calității cenușii zburătoare.
Material controlat cu rezistență redusă (CLSM)
eșantionare și testare cenușă zburătoare sau Pozzolani naturali pentru utilizare ca amestec Mineral în betonul de ciment Portland
ASTM c 618
cenușă zburătoare și pozzolan natural brut sau calcinat pentru utilizare ca amestec în ciment Portland beton
cenușă zburătoare și alte pozzolans pentru utilizarea cu VAR
practica standard pentru caracterizarea cenușă zburătoare pentru utilizarea în stabilizarea solului
ghid pentru utilizarea de subproduse de ardere a cărbunelui în umpluturi structurale
criteriile de asigurare și Control al calității variază pentru fiecare utilizare a cenușii zburătoare de la stat la stat și sursă la sursă. Unele state necesită probe certificate din siloz pe o bază specificată pentru testare și aprobare înainte de utilizare. Alții mențin liste de surse aprobate și acceptă certificările furnizorilor de proiecte privind calitatea cenușii zburătoare. Gradul cerințelor de control al calității depinde de utilizarea prevăzută, de cenușa zburătoare specială și de variabilitatea acesteia. Cerințele de testare sunt de obicei stabilite de agențiile individuale care specifică.
figura 1-4: fotografii microscopice ale cenușii zburătoare (stânga) și cimentului portland (dreapta).
| Clasa F | Clasa C | |||
|---|---|---|---|---|
| Cerințe chimice | SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 | min% | 701 | 50 |
| sio3 | max% | 5 | 5 | |
| conținut de umiditate max% | 3 | 3 | ||
| pierdere la aprindere (Loi) | max% | 51 | 51 | |
| chimic opțional Cerințe | alcaliile disponibile | max% | 1.5 | 1.5 |
| cerințe fizice | finețe (+325 ochiuri) | max% | 34 | 34 |
| activitate pozzolanică/ciment (7 zile) | min% | 75 | 75 | |
| activitate pozzolanică/ciment (28 zile) | min% | 75 | 75 | |
| necesarul de apă | max% | 105 | 105 | |
| max% | 0,8 | 0,8 | ||
| cerințe uniforme2: densitate | max% | 5 | 5 | |
| cerințe Uniforme2: finețe | max% | 5 | 5 | |
| cerințe fizice opționale | factor multiplu (LOI x finețe) | 255 | — | |
| creșterea contracției de uscare | max% | .03 | .03 | |
| cerințe de uniformitate: agent de antrenare a aerului | max% | 20 | 20 | |
| reacție ciment/alcaline: Dilatare Mortar (14 zile) | max % | 0.020 | — |
Note:
- cerințele ASTM sunt de 6%
- densitatea și finețea eșantioanelor individuale nu trebuie să varieze de la media stabilită de cele 10 teste precedente sau de toate testele precedente dacă numărul de eșantioane este mai mică de 10, cu mai mult decât procentele maxime indicate.
Leave a Reply