Το τσιμέντο «Portland» είναι ένα από τα πιο γνωστά υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως στον κατασκευαστικό τομέα. Η παραγωγή του τσιμέντου οδηγεί σε μεγάλη κατανάλωση φυσικών πόρων και σε υψηλές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα που είναι υπέυθυνες για την υπερθέρμανση του πλανήτη και κύρια αιτία κλιματικής αλλαγής. Μερικά υπολλείμματα βιομηχανικών προϊόντων τα οποία παράγονται από τη βιομηχανική δραστηριότητα μπορούν να αντιδράσουν με υδροξείδιο του ασβεστίου με αποτέλεσμα την ενυδάτωση πυριτικών ένυδρων όπως εκείνων που σχηματίζονται κατά την ενυδάτωση του τσιμέντου και έχουν παρόμοιες ιδιότητες με το τσιμέντο που ονομάζονται ποζολανικές ιδιότητες.
Τα ποζολανικά υλικά χρησιμοποιούνται συνήθως για μερική αντικατάσταση σε συνηθισμένο τσιμέντο «Portlant». Πολλά ποζολανικά υλικά έχουν μελετηθεί εκτενώς στη βιβλιογραφία με παραδείγματα αυτών να αποτελεί η ιπτάμενη τέφρα, ενώ από την άλλη πλευρά η καθιζόμενη τέφρα έχει σπάνια μελετηθεί. Η ιπτάμενη τέφρα έχει ευρέως χρησιμοποιηθεί ως υλικό στην παραγωγή σύνθετων τσιμέντων, ενώ η καθιζάνουσα τέφρα διατίθεται σε χώρους της υγειονομικής ταφής χωρίς περαιτέρω αξιοποίηση, αυξάνοντας το κόστος της διάθεσης, δημιουργώντας απώλεια φυσικών χώρων και περιβαλλοντικές επιπτώσεις γύρω από τη διάθεση του συγκεκριμένου υλικού. Οι επιπτώσεις γύρω από τη διάθεση της καθιζόμενης τέφρας αυξάνονται με αποτέλεσμα η ανακύκλωση και η επαναχρησιμοποίηση του στερεού αποβλήτου να κρίνεται αναγκαία.
Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι να αποδείξει τη χρήση της καθιζόμενης τέφρας ως ποζολανικό υλικό στην παραγωγή σύνθετων τσιμέντων μέσα από μια συγκριτική αξιολόγηση βιβλιογραφικών αποτελεσμάτων αλλά και μιας σειράς πειραματικών δεδομένων που διενεργήθηκαν με δείγματα από την καθιζόμενη τέφρα λιγνιτικής μονάδας καύσεως της Μεγαλόπολης.
Όσον αφορά τη βιβλιογραφική έρευνα αφορά την παραγωγική διαδικασία του τσιμέντου αναλύοντας την κρυσταλλική δομή της κάθε φάσης και την επίδραση δευετερευόντων στοιχείων. Επίσης αναλύεται ο τρόπος παραγωγής τόσο της καθιζόμενης όσο και της ιπτάμενης τέφρας και αναλύεται η επικινδυνότητα των δύο συγκεκριμένων αποβλήτων μέσα από δοκιμές έκπλυσης που φαίνεται η συγκέντρωση βαρέων μετάλλων στην περίπτωση ανεξέλεγκτης διάθεσης τους δείχνοντας την ανάγκη για αξιοποίηση τους αλλά και την σταθεροποίηση τους. Τέλος αναφέρονται οι χρήσεις του κάθε στερεού αποβλήτου στη βιομηχανία και αναλύονται βιβλιογραφικώς αποτελέσματα φυσικών και χημικών ιδιοτήτων μετά την ανάμιξη τους με απλό τσιμέντο καθώς και μηχανικών αντοχών τα οποία στη συνέχεια συγκρίνονται με τα πειραματικά αποτελέσματα των δειγμάτων αποδεικνύοντας τις ποζολανικές ιδιότητες της καθιζόμενης τέφρας.
Τα πειραματικά δεδομένα αφορούν την κοκκομετρία που διενεργήθηκε με τη μέθοδο σκέδασης ακτίνων laser μικρής γωνίας, την χημική ανάλυση της που διενεργήθηκε με την μέθοδο φθορισμού ακτίνων Χ (XRF), η ορυκτολογική ανάλυση με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), το ειδικό βάρος προσδιορίστηκε με φιάλη τύπου «Le Chatelier», η ειδική επιφάνεια προσδιορίστηκ με συσκευή κατά «Blaine», οι χρόνοι πήξης νερού κανονικής πλαστικότητας με την διείσδυση βελόνας από την συσκευή «Vicat», η σταθερότητα του όγκου προσδιορίστηκε με συσκευή τύπου «Le Chatelier» και οι μηχανικές αντοχές προσδιορίστηκαν με την προετοιμασία δοκιμίων θλίψης και μηχανής θλίψεως.
Portland cement is one of the most well-known materials widely used in the construction sector. Cement production leads to a high consumption of natural resources and high emissions of carbon dioxide that are responsible for Global Warming effect and the main cause of climate change. Some residuals from products that produced by industrial activity can react with calcium hydroxide resulting in the hydration of silicate hydrates such as those which formed during cement hydration and have similar properties to cement, called pozzolanic properties.
Pozzolanic materials are usually used for partial replacement in Portland cement. Many pozzolanic materials have benn extensively studied in the literature with main examples those of coal fly ash, while on the other hand coal bottom ash rarely have been studied. Coal fly ash have been widely used as a material in the production of composite cement in contrast to coal bottom ash which is disposed without any further exploitation in the landfill site, increasing the disposal cost, creating significant loss in natural resourses causing environmental impacts in the disposal of the burning coal by-product. The environmental impacts of the disposed coal bottom ash render necessary the reuse and the recycling of the coal bottom ash.
The aim of the master thesis is to prove that the coal bottom ash possesses pozzolanic properties and can be used as a material in the production of composite cements. This goal is proved through a comparative evaluation of bibliographic results and a series of expiremental data that carried out with coal bottom ash samples from the power plant in Megalopolis.
Regarding bibliographic research, it concerns the production of cement by analyzing the crystalline structrure of each phase and the effect of the secondary elements in the structure. It makes also a hazardous assesement of both coal burning by-products, coal bottom ash and coal fly ash, through leaching tests that have been conducted in the literature proving the leaching effects of heavy metals in the disposal landfill sites, indicating the need for their stabilization and solidification. There are also reported the industrial use of each solid waste differently. Finally there are analysed the results from literature in the physical and chemical properties of composite cement which results from the mixing of cement and coal bottom ash or coal fly ash analyzing also the mechanical properties of composite cement. The literature data are compared to expiremental data results demonstrating the pozzolanic properties of coal bottom ash.
The expiremental data are related to particle size distribution analysis with laser diffraction, chemical analysis with X-ray fluorescence analysis (XRF), specific gravity which was measured in “Le Chatelier” flask, determination of fineness which is measured as specific surface by air permability method (Blaine method), determination of setting times and soundness with “Vicat” and “Le chatelier” apparatus respectively and determination of compressive strength with the preparation of specimens and the contribution of a typical jig (compressive strength test machine).
ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΕΦΡΑ ΠΥΘΜΕΝΑ ΛΙΓΝΙΤΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΤΣΙΜΕΝΤΩΝ