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In Deutschland fallen jährlich 20 Millionen Tonnen Altpapier an. 75 % davon werden dem Recyclingprozess zugeführt. Dabei bleiben Prozessrückstände wie Deinkingschlämme, Sortierrückstände und Faserreststoffe übrig. Zusammengefasst als Papierschlamm verwerten die Recycler diesen Reststoff thermisch in dezentralen Heizkraftwerken. Die dabei anfallende Papierasche hat mit den Anteilen der Hauptoxide von 59 M.-% CaO, 22 M.-% SiO2 und 13 M.-% Al2O3 eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie Portlandzement, wobei sich die Mineralphasen unterscheiden. Durch eine Aktivierung der Papierasche können jedoch hydraulisch aktive Phasen wie Mayenit (C7A12) und Belit (C2S) erzeugt werden. Die Mineralphase Mayenit reagiert schnell mit Wasser zu Calciumaluminathydraten, wodurch der Bindemittelleim schnell ansteift. Die festigkeitsbildenden Calciumsilicathydrate (CSH) in Bindemittelleimen entstehen bei einer späteren Reaktion von Belit mit Wasser.
Zur Aktivierung dient eine hydrothermale Calcinierung. Dabei wird Papierasche mit einer Aktivatorlösung (Wasser oder KOH) gemischt und bei 200 °C hydrothermal behandelt, wobei sich Hydratphasen ausbilden. Diese Zwischenprodukte dehydratisieren durch eine anschließende Calcinierung zu reaktiven Calciumsilicaten und Calciumaluminaten. Wie sich die Parameter des Aktivierungsprozesses auf die Mineralphasen auswirken, war Fokus der Untersuchungen. Mit thermogravimetrischen Analysen der Zwischenprodukte konnten die Reaktionsprodukte nach dem hydrothermalen Prozessschritt bestimmt werden. Den größten Einfluss auf den Mineralphasenbestand hat hierbei die Alkalität der Aktivatorlösung. Im zweiten Prozessschritt, der Calcinierung, ist die Temperatur der wesentliche Faktor für die Ausbildung reaktiver Phasen. Die Ergebnisse kalorimetrischer Untersuchungen an Leimen aus den calcinierten Proben dienten der Auswahl der optimalen Calcinierungstemperatur. Die gesamte Reaktionswärme war für die Proben, welche bei einer Calcinierungstemperatur zwischen 700-800 °C hergestellt wurden, am höchsten.
Rising temperatures worldwide pose an increasing challenge for safe and healthy living conditions. Particularly inner cities have been affected by these environmental changes because of the materials used to build houses, streets and infrastructure. The most common building material is concrete. It shows a specific heat capacity, while the heat conductivity for Standard concrete is low. Thus, the use of concrete generates a high capacity of heat storage. In addition, extensive soil sealing also contributes to the temperature rise of inner city areas compared to
their surroundings. To mitigate this so-called urban heat island effect, a self-cooling concrete paver was developed. This paver is able to store water. The evaporation of the water at elevated temperatures provides a cooling effect. This paper focuses on determination of this new paver’s capability to cool the surface and the surrounding. The new paver’s cooling Qualities were analysed in a series of laboratory tests. To prove the results outside of laboratory conditions, two fields (12 m × 8 m) with self-cooling and reference pavers were installed in Spain.
This paper presents and discusses the results of the tests. Correlation between reduced surface temperature of the self-cooling concrete pavers and the air temperature is examined.
Industrial wastes (bottom ash, crushed concrete fines, filter residue, paper ash and lignite fly ash) have potential for use in building materials, for instance as raw materials for clinker production, as supplementary cementitious materials (SCMs) or mineral additions in concrete. The properties of the products are dependent on the reactivity of the waste materials used, which can be classified as inert, latent hydraulic or pozzolanic. In this study, waste materials were first characterised. This was followed by theoretical considerations of the mentioned application options. Experiments were limited to evaluation of potential as SCMs and, for this purpose, activity index measurements and calorimetric and thermogravimetric analyses were performed. Finally, the synergetic effects of various waste materials were considered. Paper ash (calcium oxide source) and filter residue (amorphous silicon dioxide source) showed the best prospects for use as cementitious material components.
In the last several decades, the rural exodus has led to an increasing number of inhabitants in the urban areas. The increased building and infrastructural construction caused the transformation of the landscape and to an increased land sealing in these areas. Consequently, the increased land sealing influences the air temperatures in the cities, since houses, streets and squares heat up continuously. As a result, the city and metropolitan areas became significantly warmer than their surroundings - the effect is known as Urban Heat Island (UHI). These changes have a negative impact for the quality of life. To deal with the negative effects of UHI, a high level of technical and financial effort is necessary. The costs caused by the UHI effects are in the range of several billion US dollars worldwide per year. The recent studies on UHI showed that the established methods like parks and green spaces or bright coatings for roof areas will soon not be able to effectively cope with the UHI effect in urban areas. Therefore there is a need for additional methods to mitigate UHI effect in the cities. The streets, sidewalks and squares represent approximately 30% to 40% of the inner cities areas. If these areas are designed functionally, they can have a significant impact on the UHI. This contribution focuses on development of a concrete paving stone with self-cooling properties. For the cooling effect the evaporative cooling is used. The paving stone is able to store large quantities of water and deliver during appropriate environmental conditions. This paper deals with the results of the long-term experiments on the test-fields under different climatic conditions. To interpret the test-field-results, laboratory tests were carried out as well. The paper presents and discuss the obtained results, and points out the difficulties occurred.
Interactions between waste paper sludge ashes and superplasticizers based on polycarboxylates
(2016)
In many industrial nations, about two third of the paper demand is covered by recovered paper. A major process step within the treatment of waste paper is the de-inking. It is a floating process yielding paper sludge as a waste product. About 50 % of this residue is used as a fuel. In several cases it is burnt at temperature of about 850 °C and thereafter the accrued ashes are collected in the flue gas filter. During the combustion, kaolinite and calcium oxide generate gehlenite and larnite. Calcite is the main component of waste paper sludge ash (PA).The chemical and mineralogical composition of PA suggests using it as a supplementary cementitious material.
In modern construction materials technology, workability aspects gain importance, since for most modern materials the rheology and compaction ability are relevant for the operation at a hardened state. It was observed that PA significantly increases the water demand of powder systems, which can cause serious problems during the casting of mineral binder systems containing PA. It is therefore obvious that binder systems containing PA might demand for the use of superplasticizers. Superplasticizers are polymers with anionic backbone that cause electrostatic and steric repulsion effects upon adsorption on surfaces of particles and hydration phases.
In this paper interactions between superplasticizers and waste paper sludge ashes are discussed and analysed. Based on observations of changes in the zeta potential and the dispersion of the particle system, the influence of the charge density of superplasticizers is observed and time dependent effects are demonstrated.
Synthese hydraulischer Phasen in Papierasche und Braunkohlenflugasche durch hydrothermale Behandlung
(2015)
Reststoffe aus industriellen Filter- und Verbrennungsprozessen, die in ihren Hauptbestandteilen aus Si02- und CaO-reichen Mineralphasen bestehen, besitzen das Potential hydraulische Eigenschaften auszubilden. Das bedeutet, dass sie in Anwesenheit von Wasser oder alkalischen Lösungen festigkeitsbildende Phasen entwickeln. Oft bedarf es zunächst einer Aufbereitung um die hydraulischen Mineralphasen zu aktivieren. Hydraulische Phasen sind z.B. die Calciumsilikate Alit (C3S) und Belit (C2S). Sie unterscheiden sich vorrangig durch ihr Ca/Si-Verhältnis. Im Allgemeinen hydratisiert Belit langsamer als Alit und das Hydratationsprodukt weist nach 28 Tagen eine geringere Festigkeit auf. Zur Herstellung von Belit wird weniger Calciumoxid benötigt als zur Herstellung von Alit. Daher muss weniger CaC03 kalziniert werden und der C02-Ausstoß bei der Produktion verringert sich. Zur Synthese von hydraulisch aktivem Belit kann eine hydrothermale Aufbereitung dienen. Verschiedene Autoren nutzten diese Behandlung zur Aktivierung verschiedener Reststoffe, wobei sich CaO-reiche Asche aus der Energieerzeugung (z.B. Braunkohlenflugasche) als sehr geeignet erwies, Papierasche (PA) aus dem Papierrecyling besitzt ebenfalls einen hohen CaO-Gehalt und ist Bestandteil der aktuellen Bindemittelforschung auf Reststoffbasis. Die Untersuchung einer hydrothermalen Aktivierung fehlt bisher. Dieser Artikel soll einen Beitrag zur Klärung der folgenden Fragen leisten: Eignet sich Papierasche zur Belitsynthese durch hydrothermale Behandlung? Wie entwickeln sich die Mineralphasen im Vergleich zur Braunkohlenflugasche?
In urbanen Zentren schreitet die Versiegelung von Oberflächen voran. Ursache ist die stetige Zunahme moderner Infrastruktur. Straßen und Plätze heizen sich stärker auf und begünstigen die Entstehung von Hitzeinseln (Urban Heat Island Effect). Dies wirkt sich zunehmend negativ auf die Lebensqualität innerhalb dieser Städte aus. Einen möglichen Lösungsansatz zur Abschwächung dieses Effekts bietet die Entwicklung von Betonpflastersteinen mit erweiterten Leistungsmerkmalen. Der Einsatz von wasserspeichernden Materialien kann zur Verringerung der Oberflächentemperatur durch Ausnutzung von Verdunstungskälte einen Beitrag leisten. Die speziellen Anforderungen an die Pflastersteine bedürfen genauerer Untersuchungen, wobei diese über den Umfang der Standardprüfungen hinausgehen und eine entsprechende Anpassung der Messtechnik zum Nachweis der Wirksamkeit erforderlich machen. Da die selbstkühlenden Pflastersteine nach dem Prinzip der Verdunstung arbeiten, ist sowohl die Fähigkeit der Speicherung als auch die Fähigkeit zur kontinuierlichen Abgabe von Wasser nachzuweisen. Der kühlende Effekt in Bezug auf Oberfläche und Umgebung steht dabei im Vordergrund. Des Weiteren sind Untersuchungen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen sowohl unter Laborbedingungen als auch im Freifeldversuch durchzuführen. Die Prüfung der Druckfestigkeit und der kapillaren Wasseraufnahme und des sind ebenfalls Bestandteil der umfangreichen Untersuchungen. Durch den Einsatz von thermischer Messtechnik sowie mechanischer Prüfungen und Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit ist es möglich eine Charakterisierung der Pflastersteine vorzunehmen und deren prinzipielle Funktionalität nachzuweisen. In diesem Beitrag werden die verschiedenen Möglichkeiten und die daraus resultierenden Ergebnisse vorgestellt und so Schlüsse zur Funktion und Anwendbarkeit von derartig modifizierten Betonpflastersteinen gezogen.