Utilizarea cenusii de termocentrala captata uscat la realizarea betoanelor rutiere

Dezvoltarea unei infrastructuri adecvate de transport, precum si modernizarea celei existente, impun gasirea unor solutii de finantare dar si utilizarea unor materiale mai ieftine, eventual locale, avand in vedere ca amploa­rea unor astfel de programe necesita consumuri de agregate naturale, lianti etc., dificil de asigurat din sursele traditionale. In acest sens, urmand exemplul tarilor dezvoltate si incadrandu-se in reglementarile UE privind legislatia de mediu, Romania va trebui sa gaseasca rapid variante de folosire, la asemenea constructii, a unor deseuri rezultate din activitatile industriale, intre care, cenusa de termocentrala mai ales ca aceasta este in prezent si va fi si in viitor o sursa importanta de poluare, prin cantitatile mari in care rezulta si prin suprafetele de teren necesare depozitarii ei in halde.

Intr-un raport al European Coal Combustion Products Association (ECOBA) se arata domeniile si gradul de utilizare al cenusii de termocentrala, in care constructia de drumuri ocupa, alaturi de industria cimentului si a fabricarii betonului, ponderea cea mai importanta in reciclarea acestui subprodus (fig. 1).

Betoane rutiere cu lianti pe baza de ciment Portland si adaos de cenusa de termocentrala, captata uscat la electrofiltre

Conditiile dificile de solicitare la care sunt supuse structurile rutiere cu imbracaminti din beton de ciment, atat in ceea ce priveste traficul cat si din punct de vedere al actiunii factorilor climatici, impun o atentie sporita din partea constructorilor de drumuri. Astfel, betoanele de ciment utilizate la realizarea imbracamintilor rutiere trebuie sa se caracterizeze printr-o serie intreaga de proprietati impuse de natura conditiilor in care lucreaza si anume: rezistenta mare la incovoiere si soc, contractii mici, permeabilitate scazuta, rezistente la umiditate si gelivitate, modul de elasticitate relativ ridicat si uzura prin frecare redusa. In plus, betonul rutier trebuie sa aiba capacitatea de a se deforma elastic sub actiunea soli­citarilor variabile in timp, iar ca marime, caracteristice traficului la care este supus.

Aceste cerinte sunt cel mai bine indeplinite de cimenturile cu continut ridicat de alit (C₃S) si faza feritaluminatica (C₄AF) avand si un continut de aluminat tricalcic (C₃A) sub 6%. Existenta unor contractii mici ale cimentului este deosebit de importanta deoarece influenteaza pozitiv alte proprietati importante ale sale, cum ar fi: permeabilitatea, rezistenta la inghet-dezghet repetat, si chiar comportarea in raport cu solicitarile mecanice la care este supus (trafic).

In conditiile prezentate mai sus, apare o intrebare: este cenusa de termocentrala capabila sa substituie, partial si cu succes, cimentul in constructia de drumuri? Pentru a raspunde la aceasta intrebare trebuie, insa, parcurs un drum cu adevarat lung.

Cenusa, rezultata ca subprodus din activitatea energetica a centra­lelor termoelectrice, este o pulbere fina, alcatuita, in special, din parti­cule vitroase de forma sferica, particule provenite din arderea carbunelui pulverizat. Aceasta cenusa are proprietati puzzolanice si este alcatuita, in principal, din SiO₂ si Al₂O₃, continutul de SiO₂ reactiv fiind de cel putin 25% din masa, asa cum este definit si descris in EN 197-1, iar suma continutului de SiO₂, Al₂O₃ si Fe₂O₃ nu trebuie sa fie mai mica de 70% din masa.

Pentru realizarea unor betoane rutiere care sa raspunda exigentelor de exploatare ulterioare punerii in opera, NE 014-2002 prevede:

• utilizarea cimenturilor de tip CD 40 sau CEM I 42,5 R sau I 42,5 N, respectiv CEM I 32,5 R.
• folosirea de agregate conca­sate, criblurile fiind agregatele reco­man­date pentru obtinerea unor betoane rutiere de calitate.
• folosirea aditivilor plastifianti si antrenori de aer, care sa ajute la indeplinirea criteriilor de durabilitate.
• realizarea unor amestecuri vartoase, cu un continut scazut al raportului A/C, de max. 0,45 pentru betoanele cu granulozitate continua.

Conditii experimentale

In cadrul protocolului de laborator, studiul efectuat a avut in vedere cenusa de termocentrala captata uscat (cenusa zburatoare), provenind de la electrofiltrele centralei CET Govora S.A. In prezent, aceasta termocentrala (prima si singura din Romania), are implementat un sistem de omologare a cenusii conform SR EN 450-1 + A1:2007, „Adaos de tip II pentru productia de beton“.

In scopul stabilirii capacitatii liante a cenusii de termocentrala provenind de la CET Govora si a posibilitatii obtinerii de betoane rutiere cu un dozaj redus de ciment, s-au realizat doua betoane cu acelasi dozaj de liant (335 kg/m3) si un raport apa/liant care sa asigure o consistenta a betonului proaspat caracterizata prin metoda tasarii corespunzatoare unei valori de 30 ± 10 mm.

Unul dintre betoane a fost preparat cu ciment Portland de tip CEM I 42,5 R, iar la celalalt o parte din ciment a fost inlocuita cu o cantitate echivalenta de cenusa.

Reteta a fost una care sa asi­gure, prin proiectare, obtinerea unui beton tip BcR 4,5, in cazul folosirii unui ciment de tip CEM I 42,5 R, asa dupa cum este prezentat in tabelul 1.

Materialele utilizate in cadrul programului experimantal pot fi caracterizate astfel:

• nisip sort 0-4, reprezentand partea fina a scheletului mineral, cu provenienta din balastiera;
• cribluri sorturile 4-8 / 8-16 si 16-25, bazalt, cu provenienta de la Cariera Valea Bogatii, comuna Hoghiz – jud. Brasov;
• ciment I 42,5 R Holcim Campulung, performantele sale fiind redate in Tabelul 2;
• cenusa de termocentrala captata uscat de la CET Govora S.A., pentru folosirea ca adaos de tip II in betoane (Tabelul 3);
• aditiv superplastifiant tip Sika – ViscoCrete 1040 policarboxilateter;
• aditiv antrenor de aer tip Sika – LPS A-94 tenside sintetice;
• apa, provenind din reteaua de apa potabila.

Betoanele au avut, in stare proas­pata, o consistenta corespunzatoare unei tasari de 3 cm.

Au fost confectionate probe prismatice de 15 cm x 15 cm x 60 cm, cubice de 15 cm x 15 cm x 15 cm si respectiv cilindrice cu generatoarea de 30 cm si diametrul de 15 cm. Probele au fost vibrate timp de un minut, decofrate dupa 24 de ore si pastrate, apoi, in laborator in cuve cu apa, la o temperatura controlata de 20±2 0C, o perioada de 28 de zile, dupa care au fost supuse incercarilor.

Incercarile efectuate asupra probelor au avut in vedere:

• determinarea densitatii aparente;
• determinarea vitezei ultrasonice (fig. 3);
• determinarea permeabilitatii P810;
• rezistenta la incovoiere (fig. 4);
• rezistenta la intindere din inco­voiere;
• rezistenta la compresiune (fig. 5);
• determinarea modulului de elas­ticitate;
• determinarea rezistentei la inghet-dezghet repetat, G 100.

Aspectul structurii betonului intarit (repartitia agregatelor in structura, tipul de rupere prin agregat, omoge­nitatea, densitatea si distri­butia porilor), asa cum poate fi observat in urma incercarii la incovoiere, este redat sugestiv in figura 6. Aceasta pune in evidenta o structura omo­gena si compacta a materialului si relie­feaza, totodata, o buna com­por­tare la incercarile fizico-mecanice, in corelatie cu rolul pentru care a fost proiectat.

Pentru a avea o imagine de ansamblu asupra caracteristicilor fi­zico-mecanice ale celor doua tipuri de betoane din cadrul studiului, cu ciment si respectiv cu ciment si adaos de cenusa de termocentrala, betoane analizate in Laboratorul pentru Materiale de Constructii al Universitatii Tehnice de Constructii Bucuresti, sunt pre­zentate in Tabelul 4 performantele celor doua retete de beton in comparatie cu reglementarile  tehnice in vigoare („Normativ pentru executarea imbra­camintilor rutiere din beton de ciment in sistem cofraje fixe si glisante“, indicativ NE 014-2002).

Concluzii

Valorile ridicate ale rezistentei la incovoiere R_inc ale celor doua tipuri de beton (7,7 N/mm2 pentru reteta martor, beton cu un dozaj de 335 kg/m3 ciment I 42,5 R, respectiv, 8,3 N/mm2 pentru cea cu un dozaj de ciment de 285 kg/m3 si un adaos de cenusa de 50 kg/m3) arata o depasire cu mult a clasei pentru care au fost proiectate: BcR 4,5 pentru care valoarea normata a Rinc este de 4,5 N/mm2.

Rezistenta la compresiune este, de asemenea, cu mult peste preve­derile standardizate (60 N/mm2 pentru betonul cu ciment si respectiv 70 N/mm2 pentru betonul cu ciment si adaos de cenusa, fata de 40 N/mm2, conform reglementarilor) iar valorile densitatii de peste 2.400 kg/m3 pun in evidenta realizarea unor betoane compacte, cu o buna distributie a scheletului mineral, omogene, fapt evidentiat si de vitezele ultrasonice si rezultatele obtinute la determi­na­rea gradului de impermeabilitate.

De asemenea, rezultatele experimentale au pus in evidenta urmatoarele:

• la acelasi dozaj de liant (335 kg/m3), valorile rezistentei la incovoiere, ca si cea a rezistentei la compresiune, pentru betonul cu adaos de cenusa (285 kg ciment si 50 kg cenusa) sunt superioare betonului cu ciment cu aproximativ 7%, respectiv 15%;
• patrunderea de doar 0,4 cm a apei in masa betonului la 8 atmosfere (P810), arata o buna comportare la inghet-dezghet repetat, fapt evidentiat si de cele 100 de cicluri la care au fost supuse probele.

Determinarile asupra betonului cu adaos de cenusa de termocentrala, provenind de la CET Govora, cenusa care, asa dupa cum a fost precizat anterior, este supusa unui proces tehnologic de obtinere pentru a putea fi utilizata ca adaos de tip II, au aratat ca acesta are o buna comportare in raport cu rolul  si locul sau in structura, dupa cum a fost proiectat. Totodata, valorile usor ridicate ale unor caracteristici, fata de betonul cu ciment, sugereaza bune proprietati de durabilitate.

O analiza economica arata ca se pot obtine reduceri importante ale pretului betonului si chiar ale pretului in ceea ce priveste realizarea in ansamblu a unor structuri rutiere cu imbracaminti din beton, prin redu­cerea grosimilor dalelor, pe seama bunei comportari si a caracteristicilor semnificativ sporite in raport cu valorile normate, ca urmare a utilizarii unui adaos de cenusa de termocentrala, cenusa care, insa, trebuie sa respecte rigorile unui flux tehnologic de obtinere a ei, in conformitate cu reglementarile standardizate.

Bibliografie
*** SR EN 450-1 +A1: „Cenusa zburatoare pentru beton. Partea 1: Definitii, conditii si criterii de conformitate“;
*** NE 014-2002: „Normativ pentru executarea imbracamintilor rutiere din beton de ciment in sistem cofraje fixe si glisante“;
*** STAS 4032/1-90: „Lucrari de drumuri. Terminologie“. 

Autori:
dr. ing. Bogdan ANDREI – director general, PROEX CONSTRUCT SRL, vicepresedinte ROMCEN
prof. dr. ing. Mihai DICU – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti –  Facultatea C.F.D.P.
ing. Nicolae POPESCU – sef Sectie Cazane CET GOVORA SA, presedinte ROMCEN
ing. Ludovic ZELICI – director tehnic calitate CET Govora SA, vicepresedinte ROMCEN 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 109 – noiembrie 2014, pag. 46