Possibilities of using bottom ashes from the combustion of sewage sludge in cement concrete

openaccess, Vol. 624 (8) 2024 / poniedziałek, 2 września, 2024

Możliwości wykorzystania popiołów paleniskowych ze spalania osadów ściekowych w betonach cementowych

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2024.08.03

citation/cytuj: Glowacka A., Kiper J., Horszczaruk E., Strzałkowski J. Possibilities of using bottom ashes from the combustion of sewage sludge in cement concrete. Materiały Budowlane. 2024. Volume 624. Issue 8. Pages 13-18. DOI: 10.15199/33.2024.08.03

The search for alternative materials that can replace the basic components of concrete is one of the most important directions of scientific research in recent years. The article presents the results of research on the use of bottomash generated as a result of thermal treatment of sewage sludge in concrete in one of the Polish incinerators. Changes in the mechanical and thermal properties of cement concretes were described in which the cement was replaced with bottom ash in the following amounts: 0, 10, 20 and 30% of the cement volume. The tests carried out showed the possibility of using bottom ash from the combustion of sewage sludge in structural concrete.

Poszukiwanie alternatywnych materiałów mogących zastąpić podstawowe składniki betonu to jeden z najważniejszych kierunków badań naukowych ostatnich lat. W artykule przedstawiono wyniki badań zastosowania w betonie popiołów paleniskowych powstających w wyniku obróbki termicznej osadów ściekowych w jednej z polskich spalarni. Opisano zmiany właściwości mechanicznych i termicznych betonów cementowych, w których cement został zastąpiony popiołem paleniskowym w ilości: 0, 10, 20 i 30% objętości cementu. Przeprowadzone badania wykazały możliwość stosowania popiołów paleniskowych ze spalania osadów ściekowych w betonach konstrukcyjnych.
bottom ash from sewage sludge incineration; compressive strength; thermal conductivity of concrete.

popioły paleniskowe ze spalania osadów ściekowych; wytrzymałość na ściskanie; przewodność cieplna betonu.
  1. Braguglia CM, Bagnuolo G, Gianico A, Mininni G, Pastore C, Mascolo G. Preliminary results of lab-scale investigations of products of incomplete combustion during incineration of primary and mixed digested sludge. Environ Sci Pollut Res. 2016); DOI 10.1007/s11356-015-5653-6.
  2. Donatello S, Freeman-Pask A, Tyrer M, Cheeseman CR. Effect of milling and acid washing on the pozzolanic activity of incinerator sewage sludge ash. Cement and Concrete Composites. 2010; DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2009.09.002.
  3. Lynn JC, Dhirv R, Ghataora G, West PR. Sewage sludge ash characteristics and potential for use in concrete. Constr. Build. Mater. 2015; https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2015.08.122.
  4. Hwang CLet all. Properties of alkali-activated controlled low-strengthmaterial produced with waste water treatment sludge, fly ash, and slag. Constr. Build. Mater. 2017; https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2017.01.014.
  5. Yusuf RO, Noor ZZ, Din MDFMD, Abba AH. Use of sewage sludge ash (SSA) in the production of cement and concrete – areview. Int. J. Glob. Environ. 2012; 12: 214 – 228.
  6. Kikuchi R. Recycling of municipal solid waste for cement production: Pilot-scale test for transforming incineration ash of solid waste into cement clinker. Resour Conserv Recycl. 2001; https://doi.org/10.1016/S0921- 3449(00)00077-X.
  7. NadalM, SchuhmacherM, Domingo JL. Cost – benefit analysis of using sewage sludge as alternative fuel in a cement plant: a case study. Environ Sci Pollut Res. 2009; DOI 10.1007/s11356-008-0063-7.
  8. Ghiocel AN, Panaitescu VN. Using sewage sludge as an alternative fuel for the cement production process. IOPConf. Ser.Mater. Sci. Eng. 2018; DOI 10.1088/1757-899X/400/2/022029.
  9. Chiou IJ,Wang KS, Chen CH-H,YLinY-T. Lightweight aggregatemade from sewage sludge and incineratedash. Waste Manage. 2006; 26: 1453.
  10. Haustein E, Kuryłowicz-Cudowska A, Łuczkiewicz A, Fudala-Ksiazek S, Cieślik BM. Influence of Cement Replacement with Sewage Sludge Ash (SSA) on the Heat of Hydration of Cement Mortar. Materials. 2022; https://doi.org/10.3390/ma15041547.
  11. Chen Z, Poon CS. Comparative studies on the effects of sewage sludge ash and fly ash on cement hydration and properties of cement mortars. Constr Build Mater. 2017; https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2017.08.003.
  12. Szulej J, Ogrodnik P, Powęzka A, Sumorek A. Wpływ popiołów ze spalania komunalnych osadów ściekowych na cechy wytrzymałościowe betonu zawierającego recyklingowe kruszywo ceramiczne. Materiały Budowlane. 2023; 12: 42 – 46.
  13. Jamshidi A, Jamshidi M, Mehrdadi N, Shasavandi A, Pacheco-Torgal F. Mechanical Performance of Concrete with Partial Replacement of Sand by Sewage Sludge Ash from Incineration. Mater. Sci. Forum. 2012; 730 – 732, 462 – 46.
  14. Kosior-Kazberuk M. Application of SSA as Partial Replacementof Aggregate in Concrete. Polish J. of Environ. Stud. 2011; 20, 2: 365 – 370.
  15. Giergiczny Z, Król A. Immobilization of heavy metals (Pb, Cu, Cr, Zn, Cd, Mn) in the mineral additions containing concrete composites. Journal of Hazardous Materials. 2008; https://doi.org/10.1016/j.jhazmat. 2008.03.007.
  16. Kiper J, Głowacka A, Rucińska T. Analysis of the Variability of the Composition of Sewage Sludge Before and After Drying Treatment – SEM Studies. Journal of Ecological Engineering. 2019; DOI:10.12911/22998993/109864.
  17. Zdeb T, Tracz T, Adamczyk M. Physical, mechanical properties and durability of cement mortars containing fly ash from the sewage sludge incineration process. Journal of Cleaner Production. 2022; https://doi.org/10.1016/j.jclepro. 2022.131055.
  18. PN-EN 206+A2:2021-08 Beton. Wymagania, właściwości użytkowe, produkcja i zgodność.
  19. PN-EN-12350-2:2019-07 Badania mieszanki betonowej – Cześć 2: Badanie konsystencji metodą opadu stożka.
  20. PN-EN 12390-3:2019-07 Badania betonu – Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań.
  21. PN-EN 450-1:2012. Popiół lotny do betonu – Część 1: Definicje, specyfikacje i kryteria zgodności.
dr hab. inż. Anna Głowacka, prof. ZUT, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie,Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0002-4733-5920
dr inż. Justyna Kiper, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie,Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0001-7880-6627
prof. dr hab. inż. Elżbieta Horszczaruk, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie,Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0003-0840-5048
dr inż. Jarosław Strzałkowski, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie,Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0001-7001-9303

prof. dr hab. inż. Elżbieta Horszczaruk, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie,Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0003-0840-5048

Corespondence address: elzbieta.horszczaruk@zut.edu.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2024.08.03

Article in PDF file

Received / Wpłynął do redakcji: 06.05.2024
Revised / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 28.06.2024
Published / Opublikowano: 21.08.2024