Przydatność mieszanek popiołowo-żużlowych z Elektrowni Łaziska do nasypów drogowych

ZESZYTY N A U K O WE POL IT E CH NI KI ŚLĄ SK IE J __________________________________1981

Seria: B UD OW N I C T W O z. 55 N r kol, 707

Bogdan KAWALEC, Zenobia KOPKA, A ndrzej SOCZAWA

P RZ YDATNOŚĆ M I E S Z A N E K rO P IO Ł O W O - Ż U Ż L O W Y C H Z EL EK T R O W N I Ł A Z IS K A DO N A S Y P Ó W D RO GO W YC H

i

Streszczenie. W pracy prz ed s ta wi on o w yn ik i b a d a ń popiołów i żu­

żli e n e r g et yc zn y ch oraz ich mieszanek. Dok o na no anali z y m o żl iw oś c i ich w y k o r z y s t a n i a do robót drogowych.

1. WSTĘP

W i ę k sz e za in t e r e s o w a n i e odp a da mi e l ektrownianymi, p owstałymi przy s p a ­ laniu w ę g l a kamiennego, o b s e r wu je się u nas w Kraju od ok. 10 lat. B a d a ­ nia o d pa dó w tego typu prowadz on e były w tym czasie g ł ó wn i e przez Instytut Dróg i M o s t ó w P o l i te c hn ik i W a r s z a w s k i e j ¡ćj , [9] , In stytut Hydroge ol o gi i i Geologii, I nż y ni e r s k i e j U n i w e r s y t e t u W a r s z a w s k i e g o M • M , In stytut n a ­ dawczy Dróg i M o stów w W a r s z a w i e (poprzednio C O B i R T D ) [li] , ¡2l] , [22] , Za­

kład Doś wi a dc za ln y U t y l i z a c j i Odpa dó w E l e k t r o w n i a n y c h w K at ow i c a c h [2^],£12^], [i5] > Zakład G e ot e ch ni ki I n s t y t u t u Budowy Dróg P o l i te ch ni k i śl ąskiej w G l i w io a ch [i] , [7] i i nno p lacówki n a uk owo-badawcze.

Odpady e l e k t r o w n i a n e to głó wn ie popioły lotne.' S ta no w i ą one produkt u- boczny procesu s pa l a n i a m i a łu w ę g l ow eg o w pale ni s ka ch b e z r u s z t o w y o h . S t a r ­ sza elektrownie, b a z u ją ce g ł ó wn i e na pa leniskach rusztowyoh, do s tarczały jako produkt uboczny ż użle paleniskowe. Na z w a ło wi sk a ch s ta rszyoh dolne partie s t a no wi ą z reguły żużle paleniskowe, gó rn ą partię zwału b u d u j ą na­

tomiast popioły lotüe. W ś ró d żużli spotyka się równi eż s oczewki i prze- w a r s t w i e n i a m a t e r i a ł u przepalonego. Ta k a b u d o w a starych z wa ło wi s k utrudnia n i e j e d n ok ro tn i e w zn ac zn y m s t o p n i u ich eksploatację.

V latach 1979-80 były prowad z on e przez Zakład G e ot ec h ni ki P ol it eohniki Śląskiej b a d a n i a m a t e r i a ł ó w z g r om a dz on yc h na s uc he j h a ł d zi e Elektro wn i Lażiska, pod ką t em ich przy d at no śc i do robót inżynieryJn o- dr og o wy ch . P o ­ trzeba ta w y n i k ł a z de f ic y t u natu ra ln yc h g r u n t ó w stos ow a ny ch tradycyjnie do tych celów.

2. O GÓ L NA CH AR AK T E R Y S T Y K A BADA N YC H ODPAD ÓW

średni roczny przyrost odpa dó w El ek t ro wn i Łazis ka w yn os i 8^K8 tys. ton, w tym 702 tys. ton p opiołów i 1*t tys. ton żużli. Na suchej hałdzie E l e k ­

26 P. Kawalec i inni

trowni haziska zgroma d zo no ok. 23 00 tys. ton popiołu i żużJa. Odpady b u ­ dujące h a ł d p to:

- popioły,

- żużle nieprzepalonc, - żużle przepalone.

Przeprowadzone b a d an i a ma kr os k o p o w e wykazały, że zarówno popioły, jak i żu­

żle cech u je b ud o wa agregatowa, c.hnrakteryzują się one dużą porowatością.

C ząstki *1 ziarna m a j ą budowę p um eksową i ub zwięzłą i na jczęściej ostrokra- w ęd zi st y kształt. Przeciętny skład chemiczny b adanych odpadów przedstawia się następująco: SiOg - ¡)6,6'ś, A l o0^ - 25.it-;, F e20 ^ - 8,8;, CaO - 2,7'śiMgO - 1^,6'i, SO^ - straty prażenia i inne 1 3^.6^“ó.

D o t y c h c z a s o w e d o ś w i a d c z e n i a w z akresie s tosowania odpa dó w e l ek trownia- nych do budowy nasypów wskazują, iż najdogodniej jest s to so w a ć mieszaniny p opiołowo-żużlowe. Bada ni a w y k on a no więc d la pods ta w ow yc h typów odpadów oraz n a st ęp ujących mieszanek:

- 25?° popiołu + 75 ° żużla ni eprzepalonego, - 50^{"° popiołu +} 50"S żużla nieprzcpalonego, - 25° popiołu + 75° żużla przepalonego, - 50^{i popiołu +} 5 0° żużla przepalonego.

Z as ad ni c zy m c e le m b a d a ń był o określenie parame tr ó w decyd uj ąc y ch o przy­

datności odpad ów do budowy górnycli i d o l ny ch w ar st w nasypów d r o g o w y c h . B a ­ d an ia te poprzedzono zostały r o zp oz na n ie m podstawowych cech g e o t e c h n i c z ­ nych, tj. składu granulomotrycznego, strat prażenia, gęstości właściwej, zagęszczalności, wodop rz ep u sz cz al n oś ci i kapil a rn oś ci b i er n ej oraz oporu na ścinanie, średnie wa rtości tych p ar am et r ów zestawiono w tabl. 1^.

Badania wykazały, że żużle pod w z g l ę d e m u z i ar ni en i a o d po w ia da ją g r u n ­ tom g r u b o z i a r n i s t y m (żwiry, pospólki), a popioły g r u n t o m d r ob no z ia rn is t ym (pyły piaszczyste). Sprep ar o wa ne m ie s za nk i popiołowo -ż uż l ow e posiadają u- z iarni en i e zbliżone do pospółek.

Bada ni a strat prażenia wykazały, że z a wartość w ę g l a i części palnych Jest na j wi ęk sz a w popiołach i wynosi ok, 10*;. Praktyka wskazuje, iż przy takiej zawarto ś ci części palnych nie n as tępuje zj awisko samozapłonu.

G ę s t oś ć w ł a ś c i w a popiołów w porównaniu z gruntami naturalnymi jest z n a ­ cznie niższa. Równi eż nieco niższe wartości uzyskano dla żużli nieprzepa- lonych. G ę s t o ś ć w ł a ś c iw a żużli przepalonych zbliżona Jest do war to śc i o d ­ powiadaj ąc yc h g r u n t o m bard zo spoistym, a dla mi es z an ek m a leje w r a z ze w z r o s t e m d o d at ku popiołu.

S to su n k o w o niska w a r t o ś ć m a ks ym al n ej gęstości objętośc io w ej szkieletu o dpa d ów czyni Je szcze g ól ni e p rz ydatne do f o r mo wa ni a nas y pó w na podłożach s ł a b o n o ś n y c h .

W il go tn o ść na turalna odpadów h ał do wy c h różni się najczęściej od w a r t o ­ ści w i l g o t n o ś c i optymalnych, uzy sk i wa ny ch w b a da ni ac h laboratoryJnych. W przypadku popiołów i żużli p r z e pa l on yc h zachodzi zazwyczaj k o nieozność

średniewartościpodstawowychparametrów geotechnicznych

P r z y d a t n o ś ć m i e s z a n e k p o p i o l o w o - ż u ż l o w y o h z. 27

1— »

* 1 5 ^cm_<N S $ > a Cd

3 ? CO 5? O ł

c o c o

Cv c o

Kapi- lornoió

§ - OC ■ * Ę £ ? CD

CoO ł

C>

C ł

C si 8

C T

CS|< o 8 ^{•V*.t v}

W

- o

« ) c I~ ~ ’

N - = w

O O ^

1 8 * i

l i

*»

c*ł'<5

cC*w

<>41 VS

ó N1

’ S i

V

«O

’ ę c <c o

1

M-

’ $ } łA.

n *'

• a

< ó i

W s *

l S

^¿*

c o "

1

> •

* s Csi

* 3

CD c o '

1

Cs*

’ S ? Ct>

*•» '

«o

t x 'd ł

1

’ 3

Cd fcs.'

1

I&

» 5

’---5

, * £ &

t o c o

* s « o

£ CD

«O CO c o ' c o

CD JO 'cv*

c o CQ'Cm

Q o J3. Oł <N

» o

< o c o W *

c oCD

*w ' c >

CS4

* o 3

r - '

< p

Cm s

łw '

« I ^

} 1 “ " i

<© 8

o i c o

» o c s i

cm c s i

COc o

C sf

* o . C si

tO

CM' 5!

c si

Straty praże­ nia [7.1 o >

<NT c o V

Sh

S ' 1 1 1 1

i

<o t o

CO s » o '

* o

3' O T

«O D * O *' Csi

CMCM

Sktadgranulometryczny _{a "■>}

Q J i

V ' ' ' '

to •0

<©' O ł cxS*

c o c o '

* —

CD' CsT

Osi

60

S I CM S?~0*|

¡ 2

O ' ^

<Ń • -

t - $

w CH t s -

• o

8

CD'

•O

§ c o

S

« on f * 0

§

§ '

CS4

» S ? «-m

a> &o >

X 5'<N CSJc o o ' CO

c o c o

<o~

§ Cd

§

£

§ C C•*»

a a '

l d s

CD *—4^{e s} 2i

O l

« o '

8 g

c o '

§ b c

oCD

CO' oco

O '

i

1 f

1

< § t~-

Żużel przepalony Żużel nieprzepołony

.O

1

^ § ł

I I

? &

^ N-5

Csi N? 50% popiotu+ 50% żużla przepalonego _S5 g , S |

- s 1 .O K,

< * c

cm n 50% popiotut 50% żużla meprzepaloncgo

Zawartośćziarn (cząstek) o średnicywiększej niż„d" w

%%

28 B. K aw al e c, ! inni

Średnica zastępcza „ d ' mm

O* O Ca Ca O C> Ca~ Ca O'

t x «O ^ CVj J o

C> S ^ S

Ci C) C) C) O O Ci Cf O' Ci O' O' ca'

Rys. 1. Wykr es y uziar n ie ni a popiołu i żużli

C ł £>* l O > c r> C Sj ^ v O - ^ - C O C \Í »O CO CVi

* " Ca' c a 'Q fO ' Ca' Ca ca ca ca ca

Ca' c a ' Ca Ca'

średnico zastępcza

.

tr ^ jo ^ co cs< _

ca C i ó ca c j ca ca es- Ca ca Ca ca ^ c»

ca' o * ca' c i ca' Ca' R>s. 2. Wykr es y u zi ar n i e n i a m i e s z a ne k po pi o ło wo -ż u żl ow yc h

1 ^- 2 5 °£ p o p i o ł u + 7 5 ^ żużla przepalonego, 2 ^-

50

50

palonego, 3 - 25ro popiołu + 75'ft żużla nieprzepalonego, ^ - 507» popiołu + 50$ żużla n ie pr ze p al on eg o

P rz ydatność m i e s z a ne k po pi o ło wo - ż u ż l o w y c h z..

2' . '

Rys. 3. Wyni ki b a d a ń w opt i 9 ^ 8 d l a P ° P Łołu 1 ż u ż l a prze pa l on os o oraz ich m ieszanek

t

nieprzepatony Rys. <i. yni.1.1 ^{.ndaii w opt 9 d , dla popi c i u} i ż uż la ni cprzopalone;;o

oraz ich m i e s z a n e k

zwięks ze ni a wi lg o t n o ś c i m a t e ri a łu przed jego w b u d o w a n i e m w na syp,Żużle nie- przepalone z kolei trzeba najc z ęś ci ej nieco podsuszyć,

W o d o p r z e p u s z c z a l n o ś ć p opiołów zb l iż on a jest do w od op rz e pu s z c z a l n o ś c i pyłów. Żużle przepalone cecha mi f il tr a c y j n y m i o d po wi ad a ją piaskom drob ny m i pylastym, a żużle n i e p r ze pa lo n e pyłom, piaskom d r o b n y m i pylastym.

Pod w z g l ą d e m kapil a rn oś ci b i er n ej żu żl e mo ż na t r ak t o w a ć jako mat er ia ł n i e w y s a d z i n o w y , popioły oraz mi es za n ki z z a wa rt o śc ią 5^{<y% popiołu należy} u waż a ć jako wysadzinowe.

Parametry w y t r z y m a ł o ś c i na śoinanie z ba danych odpa d ów i ich m i e s z an ek są więk s ze od o dp ow i a d a j ą c y c h im parametrów g r u nt ó w naturalnych. V s t a ­ nie p o w i e t r z n o - s u c h y m z a c h ow u ją się jak grunty niespoiste, natomiast w r a z ze w z r o s t e m wi lg o t n o ś c i w y k a z u j ą ni ez na c zn ą spoistość.

30 B. Kawalec i inni

3. BADANIA S P E C J A L IS TY C ZN E

0 przydatności g r u nt ów i o d p a dó w p rz em y słowych do b ud ow y nasy pó w d ro g o­

wy c h d e c y d u j ą w głó wn e j m i e r z e w y n i k i następuj ą cy ch badań: ws ka źn ik a p ia­

skowego, mrozoodpor no śc i , w y s a d z i n o w o ś c i , k a l i f o r n ij sk ie g o w s k a źn ik a no ś­

ności, m o d u ł ó w od ks z t a ł c e n i a i sprężystości. R ez u ltaty pr zeprowadzonych b a d a ń w tym za kr es i e są następujące:,

W sk aź ni k piaskowy przed i po 5 k r o t n y m ubiciu w a p a r ac i e Proctora, ja­

ko f u n k c j ę s k ładu m i e s za ne k popiołu i żużli, prz ed ś ta wi on o na rys. 5^.

Rys. 5. W s k a źn i k piaskowy przed i po 5 - k r o t n y m u b i ci u w a p aracie Proctora 1 - przed ubiciem, 2 ^{- po} 5- k r o t n y m ubiciu ( ) żużel nie p rz ep al o -

ny , (---)• żużel przepalony

P rzydatność m i e s z an ek p op io ło w o- ż u ż l o w y c h z. *31

U z y s k a n e dla pop io ł ów średnie war to śc i w s k a ź n i k a piaskowego (2-4,2 1) wskazują, że są one m a t e r i a ł e m złym lub w ą t p l i w y m w zasto so wa n iu do po­

dłoży nawi e rz ch ni d r o g o w y c h , nic nada ją się one równ ie ż do b ud o wy górnych wars tw nasy pó w i w a r s t w m r o z o o c h r o n n y c h w wykopach. Żużle p rzepalone i nic-

przepalone, c h a r a k t e r y z u j ą c e się średnimi w a r t o ś c i a m i w s k a ź n ik a p i a s k o w e ­ go o dp ow i e d n i o 78, J;o i 5 3» 9'», mogą s ta no w i ć podłoże n a wi er z ch ni dr o go wy ch oraz są pr zy datne do d o l n y c h i g ó r n y c h w a r s t w n a s yp ó w i w a r st w rarozoochron- nych w wykopach. Dodatek popiołu do żużli z a węża p r z y d a t n o ś ć powsta łe g o w ten sposób m a t e ri ał u do robót drogowych. Na g órne war st w y nasyp ów nadają się jedynie żużle przepa lo n e z z a w a r t o ś c i ą do 25'ó popiołu. Po z ostałe m i e ­ szanki m o g ą b y ć sto so w an e jedynie do b ud ow y doln y ch w a r s t w nasypów.

Bada ni a m r o z o o dp o rn oś ci p r z e p r o w a d z o n e na p r ó bk a ch żużli p rz ep alonych i n ie p rz ep al o ny ch m e t od ą b e z p o ś r e d n i ą wykazały, iż żużel przepalony nadaje się na górne w a r s t w y n a sy p ów i w a r s t w y o chronne w wykopach. Żużle nieprzc- palone, jak w y k az ał y badania, są do tych c e ló w nieprzydatne.

W y s a d z i n o w o ś ć p r ze dm i o t o w y c h odpad ó w i ich m i e s z a n e k okr e śl on o na p o d ­ stawie p r ze pr o w a d z o n y c h la bo ra t o r y j n y o h b a d a n pęczn i en ia m r o z o w eg o oraz według g r u n t o w y c h k r y t e r ió w Z. W i ł u n a [20] i S. Roili [i 6] .

B a d a ni a p ę cz ni e ni a m r o z o we go w y k o n a n o na próbkach o u zi ar n i e n i u 0-12 m , czyli na frak cj i d e c y d u j ą c e j o w i e l k o ś c i ssani a i mi gr ac j i w o d y do strofy zamarzania, a tym s amym w i e l k o ś c i pęczni en i a mrozowego. Do ba da ń w y k o r z y ­ stano a p a r a t ur ę s k o n s t r u o w a n ą w Za k ła dz ie G e o t ec hn ik i P o l i te ch ni k i Sią- skiej [19] • Proces wy sadzi nowość i b a d an y ch o d p a dó w i ich m i e s za ne k r e a l i ­ zowano poprzez u mi e s z c z e n i e pr óbek w komo ra c h chłodniczych, w który ch pod­

dawane były d z i a ł an i u ujemn e j temperatury, rówpe j -10°C, st ałej przez c a ­ ły czas badania. Zał o żo na w o k ó ł po j em n i k ó w z p r ó b ka mi b o c zn a i zolacja ter­

miczna z a p e w n i a ł a ki er un ek p rz em a r z a n i a od powierzchni g órnej do wnęt rz a próbki. Z a p e w n i o n y ,stały kontakt n i e z a m ar z ni ęt eJ w od y z dnem próbki (tzw. ' etwkrty s y st em g r un to wo - wo dn y) m o d e l u j e n a j n i e ko rz ys t ni ej sz e pod w z g l ę d e m w ys ad z i n o w o ś ć i warunki naturalne, w któr y ch g r a n i c a prze ma r za ni a znajduje się w obrębie s t r e fy k a p i l a r n e g o p o d ci ąg a ni a wody. P róbki w ksz ta łc i e wal­

ca, o w y m i a r a c h d * 120 mm i h = 2 00 mm, u mi es z c z o n e b y ł y w segm e nt ow yc h pojemnikach, które u m oż li w ia ły im sw ob o dn e o dk sz t a ł c a n i e się w kie ru nk u pionowym. B a da ni a p ę cz ni e n i a m r o z o w e g o odpadów, o w il g ot n o ś c i zbliżonej do optyma ln e j i z a g ę s z c z a n y c h wg m etody no rm alnej Proctora, p rowadzono w spo­

sób ciągły przez okres jednego miesiąca.

P ę c z n i e n i e mrozowe, jako jeden z parame tr ó w o k r e ś l a j ą c y c h w y s a d z i n o ­ w oś ć p rz em a r z a j ą c c G O ośrodka, w y r a ż a się zależnością:

gdzi e :

A h - pr zyrost p oc zątkowej w y s o k o ś c i h b a d a n e j próbki.

32 O. Kawalec i inni

Rezultaty p r z ep ro wa d zo ny ch b a d a ń wyk az a ły n a st ęp uj ą ce m a k s y m a l n e w a r ­ tości pęcznienia m r o z o w e g o zbadanych o d p a d ó w i ich mieszanek:

Pm = 12,7.« - dla pop5 o l u ,

Pm = 6,5'.* - dla żużla nic p r z e p a l o n e g o , pm = 2,7:: - dla żużla przepalonego,

= 9, 2 i - dla mieszanie 1 2 5^{« popiołu} + 75l żużla n i e p r z e p a l o n e g o , Pm = 10,0:1 - dla mieszanki 5 0^{o popiołu +} 50;i żużla ni c p r z e p a l o n e g o , pm = :>15 ^ - dla m ie sz an k i 25^ popiołu + 75% żużla przepalonego, pm = 7,9*1 - dla m ie szanki 50^’:^ popiołu ♦ 50; żużla przepalonego.

l.artości p ę czonia m r o z o w e g o z b adanych popiołów, żużla n ie pr zepalonego oraz m i e s z a n e k p o p i o ł ow o- żu ż lo wy ch są podobnego rzędu, jak pęcznienie m r o ­ zowe w y s ą d z i n o w y c h g r u n t ó w ma lo spoistych, badanych w podobnyoh warunkaoh la b or atoryjnych [i3] , [l^T] , [t8] . Jody ni e pęcznienie mrozo w e żużla p r z ep a­

lonego m o ż n a uznać za o d p ow ia da j ąc e d r o b n o z i a r n i s t y m g r u n t o m n i es po i st ym (piaski d r ob ne i pylaste) [l*i] .

Krzy wo o b r az uj ąo e przebiop p ęc zn i en ia m r o z o w eg o odpa dó w w czasie przed­

stawia rys. 6. lfynika z niego, że s t a bi li z ac ja pęczn ie n ia m r o z o we go zba- danyoh o d pa dó w i ich mieszanek, w zakresie z r e a li z ow an eg o programu badań, n astępuje po upły w ie 23-27 dni od m o m en tu ro z po o z ę c i a mrożenia. Dalsze za­

mrażanie próbek nie powoduje istotnego w z r o s t u pęcze ni e ni a mrozowego.

Za l eż no ść m a k s y m a l n e g o pęczni en ia m r o z o we go od składu mie sz a ne k p o p i o ­ łu z ż u żl em n io pr z o p a l o n y m i p r ze p al on ym ilustruje rys. 7.

Rys. 7, M a k s y m a l n e p ęcznienie m r o zo we m i e s z a n e k p op io ł ow o-żużlowych

P r z y da tn oś ć m i e s z a n e k p o p i o ł o w o - żu żl ow y ch z... 33

OT

£

Krzywe pęcznienia mrozowegoodpadów i ichmieszanek

n. Kawalec i inni

B a d a ni a w y k a z a ł y , żo pęczni en ie mrozowa mi e sz an ki popiołu i żużla r o ś ­ nie wprost p ro po rc j on al ni e ,z a le żność liniowa) w r a z ze w z r o s t e m ilości po­

piołów w prz ed mi o to wy ch mioszankaoh.

Na podstawie w y n i k ó w b a da ń składu u z ia rn i en ia i k a pi l ar oo śc i biernej dokonano oceny stop ni a w y s a d z i n o w o ś c i p rz edmiotowych odpadó; i ich m i e s z a ­ nek, w e d ł u g g r u n t o w y c h k r y t e r i ó w Z, l.iłuna [20] i S. Roili [łój. C h a r a k ­

terystyczne dla tych k r y t e r i ó w parametry wł aś c i w o ś c i f iz yc z n y c h zbadanych materi ał ó w podano w tablicy 2^.

Tabl ic a 2

Parametry w ys ad z i n o w o ś c i odpadów i ich m i es zanek

¡-P Rodzaj odpadów

Zawartość % ziarn i cząstek Hkb

■<0,075mm < 0.15 mm < 0.02 mm [m ]

1 Żużel przepalony 7.0 6,8 5,0 049

2 Żużel nieprzepa/ony 5,3 4,0 2,7 0.69

3 Popioty 50,0 44,0 8,0 2,0-0

4 25 % popiotu * 7 5 %

żu żla przepalonego 9.0 8.5 5.0 0,83

i

i 5 0 % popiotu * 5 0 %

żużla p rzep alo n e g o 27,3 25,0 12,0 1,32 6 2 5 % popiotu * 7 5 %

żu żla nieprzepaionego 23,6 21.0 13,0 1.06

7 50 % popiotu * 5 0 %

ż u ż la nieprzepaionego 26,1 22,9 10,0 1.71

O c e n io no rów n ie ż s t o p i eń wy sa d z i n o w o ś c i or az p r z y da tn oś ć zbadanych o d ­ padów i ich m i e s z a ne k do w y k o n a n i a górnych w a r s t w nasy p ów d ro gowych po­

przez porównanie uz ys k a n y c h z b a da ń maksyraalnyob w a r to śc i pęcznienia m r o ­ zowego (pn ) z wa rt oś c i a m i w s k a ź n i k a wy sa dz i n o w o ś c i (wra) J.Pachowskiego(j i], Rezultaty p r zeprowadzonych ocen w zakresie wy sa dz i n o w o ś c i i przydatności zbadanych ma te r i a ł ó w z a w i er a tab l ic a 3.

K a l i fo rn i js ki w s k a ź n i k nośności. Do b a d a ń w s k a ź n i k ó w nośności przedmio­

towych odp ad ó w i ich m i e s z an ek w yk o rz y s t a n o aparat wy p os aż on y w cylinder 3

o objętości 2 ,2 dm , za pomoeą którego możl iw e było bada ni e ziarn o d p a ­ dó w o średnicach mn ie js z yc h od 20 ram. B a d a ni a p rz e prowadzono na próbkach zagę sz c za ny ch ws tępnie przy w il g ot no śc i o ptymalnej z energią r ówną 0,95 energii stosowanej w normalnej próbie Proctora. V trakcie przygotowania próbek i ich penetracji s to sowano nadwagę ró w ną k , 5 kg. Zmiany w i l g o t n o ­ ści bada ny c h odpa dó w i ich m i e s z an ek o siągano poprzez na sycania w o d ą w s t ę ­ pnie za gę sz cz o ny ch próbek w czasie 2^, *1 ⁱ 6 ^dób, pr ocesie moczenia p ró­

bek nie zdołano uzys ka ć w ilgotności badanych m a t e r i a ł ó w powyżej w i l g o t n o —

P r z y d a t n o ś ć m i e s z a n e k p o p i o ł o w o - ż u ż l o w y c h z..

T a b l i c a 3

S t o p i e ń w y s a d z i n o w o ś c i o d p a d ów i ich m i e s z a n e k

l-P Rodzaj odpadów

Stopień wysadź/nowości wg kry te riu m

Przydatność do wykona­

nia górnych warstw na­

sypów drogow.

Z W ituna S. Roili J.Pachowskiego

l 2 3 4 s 6

1 Żużel przepalony

mato wysadzinowy

(wątpliwy)

nie-

wysadzinowy mato

wysadzinowy przydatny

2 Popioły wysadzinowe wysadzinowe bardzo

wysadzinowenieprzydatne

3 Żużel nieprzepa/ony

mato wysadzinowy

(wątpliwy)

nie-

wysadzinowy wysadzinowy

przydatne pod warunkiem wykonania warstwy

mrozo- ochronnej 4 25 % popiołu * 7 5 %

żużla przepalonego

mato wusadzinowe

(wątpliwe)

nie- wysadzinowe

wysadzinowe 5 50% popiołu +50%

żużla przepalonego wysadzinowe wysadzinowe

6 25% popiołu + 7 5 % żużla nieprzepalonego

mato wysadzinowe

(wątpliwe)

wątpliwe ( mato wysadzinowe) 7 50 % popiołu + 50%

żużla nieprzepalonego wysadzinowe

...

wysadzinowe

T a b l i c a U

C h a r a k t e r y s t y c z n e w s k a źn ik i nośności

Lp Rodzaj odpadów

Wskaźnik nośności CBRnp) [ % ]

dla w - wopt d/a w^w,

1 Żużel przepalony 28,5 21,2

2 Żużel nieprzepa/ony 62,4 5 7.0

3 Popioły 20,8 4,5

4 25 % popiołu + 7 5 %

żużla przepalonego 25,5 14,3

5 5 0 % popiołu + 5 0 %

żu żla przepalonego 21,0 13,0

6 25 % popiotu + 75%

żużla nieprzepalonego 39,0 20.8

7 5 0 % popiotu + 50 %

żużla nieprzepalonego 24,9 11,0

36 B. Kaw al ec i inni

ści mi ar od a j n e j (w.,), od po wi ad a ją ce j 0,9 6 9d a . w ed łu g no r malnej próby Proc- tora [17^{I ,^8} J . Stąd w o ce ni e w s k a ź n i k ó w no ś no śc i przyjęto o p e r o w a ć ich w a r t o ś c i a m i o d p o w i ad a ją cy mi w il go t n o ś c i optymal ne j (w ) i miar od aj ne j

. » . opt

Iw^J. W tablicy a przedstawiono, odpo w ia da ją c e tym w i lg ot no ś ci o m , w a r t o ś ć i w sk aź n i k ó w noś no śc i C B R zb a da ny ch odpa d ów i ioh mieszanek. R ez ultaty b a ­ d a ń w s k a ź n i k ó w noś no śo i C BR Jako funkoji s k ła du m i e s z an e k p o p i o ł o w o — żużlo­

wych, prze d st aw io n o na rysun ku 8.

Rys. 8. '.¿skaźniki n ośnośoi m i e s z a n e k p o pi oł ow o -ż uż lo w yc h

1 - popiół + żużel, n i e p r z e p a l o n y , 2 - popiół + ż użel przep al on y (--- ) d la w = w o p t , (--- ) dla w = w t

Z p r z e p r o w a d z o n y c h b a d a ń wynika, że na jw ię k s z e w a r to ś oi kalifornijskich w s k a ź n i k ó w n ośności ( 6 2 , d la w o p ^ i 5 7, 04 dla w ^ ) uzy s ka no dla żużli p rzepalonych, a n a jm ni ej s ze w s k a ź n i k i no śności (20,8% dl a w . i U ,5'i dla

o p t

w.| ) posiadały popioły. Ponad t o w s k a ź n i k i no śności m i e s z a ne k p op io ł o w o - ż u ­ żlowych "wy raźnie m a l e j ą w r a z ze w z r o s t e m w ioh s k ł ad zi e zawartości p op io ­ łów.

Przy ocenie w s k a ź n i k ó w n ośności zb ad an y oh o d p ad ó w i ioh m i e s za ne k za p ła szczyzno o dn ie s i e n i a p rzyjęto k la sy f i k a o j ę g r u n t ó w d l a c e l ó w drogowych w e d ł ug Z. W iłuna [20]. Żużel niep rz ep a lo ny oh ar a k t e r y z u j ą w a r to ś ci w s k a ź ­ n ik ów n ośności C B R o d p ow i ad aj ąc o p o s p ó ł k o m i żwirom. Żużel p rzepalony pod

P rz yd a tn oś ć m i e s z a n e k p o p i o ł o w o - ż u ż l o w y o h z.. 37

w z g l ę d e m w s k a ź n i k a n ośności (2 8^,5^{'.» przy w C p t i} 2 1^,2$ przy w^ ) odpowia­

da p i a s k o m g r u b y m i ś r e dn im rzecznym. W s k a ź n i k i n ośności z ba danych p o p i o ­ ł ów m o ż n a po ró wn y w a ć z g r un t a m i ma ło i śred ni o spoistymi. N a t o m i as t z b a ­ dane mi es z a n k i p o p i o ł o w o- żu żl o we c h a r a k t e r y z u j ą się pośrednimi w a r t o ś c i a ­ mi w s k a ź n i k ó w n o śności m i ed zy po piołami a ż u ż le m p r z e p a l o n y m b ą d ź nieprzo- palonym.

P ę c z n i e n i e z b a d an yc h o d p a d ó w i ich miesza ne k, w s k u t e k na s yc en ia wodą, w a h a ł o się w g r a n ic a ch 0^,0^-1^,6^>,

M o d u ł y o d k s z t a ł c e n i a i s p r ę ż y s t o ś c i . B a d a n i e m o d u ł ó w o dk s zt a ł c e n i a p ierwo t ne go (Mg), w t ó r n e g o (Hg) i s pr ęż y s t o ś c i (E s ) o parte zostały na o b o w i ą z u j ą c y c h w y t y c z n y c h £l0] o r a z i nf or m a c j a c h l i t e r a t u r o w y c h z tego zakresu, np. [p] , [17] , W y k o n a n o je na odpo wi ed n ie j prasie d ź w i g n i o w o j , w y ­ p os ażonej w płytkę o b c i ą ż a j ą c ą o średnicy 5 c m i c y l i n d e r jak przy b a d a ­ niu CÓR. B a d a n i a m o d u ł ó w p r z e p r o w a d z o n o d la przedz ia łu o b c i ą ż e ń 0,0-0,2 MPa, na prób ka c h o d p a d ó w o u zi ar n i e n i u 0-12 m m i w i l g o t n o ś c i optymalnej, z a g ę sz cz a ny ch jak przy b a d an iu CBR. W y n i k i b a d a ń o p r a c o w a n o , w y k o r z y s t u ­ jąc n a s t ę p u j ą c o zależności:

- m o d u ł o d k s z t a ł c e n i a p ie rw o tn eg o

M E = * D ’ (2)

gdzie:

A p - przyrost o b o i ą ż o ń jednostkowych,

A s - przyrost p i e r w o t n y c h o dk s zt a ł c e ń pionowyoh, D - śre dn ic a p łytki obciążającej,

- m o d u ł o d k s z t a ł c e n i a w t ó r n e g o w y z n a c z o n o w e d ł u g w z o r u (2), z uwzględ­

n i e n i e m w n im o b c i ąż eń ( A p) i o d k s z t a ł c e ń pio n ow yc h w t ó r n y c h ( A s ) , - moduł s p r ę ży s to śc i

A p . P O - / ) . ( 3 )

E s = l - a s

gdzie:

A p _ p rzyrost o b c i ą ż e n i a jednostkowego, który w y w o ł a ł o dp ow i ed ni p rzyrost o d k s z t a ł o e n i a s pr ę ży s t e g o A * ,

D - ś r e dn ic a płytki o bciążającej,

jj. - w s p ó ł c z y n n i k Poissona, prz yj ęt o ^u. = 0,35.

U z y s k a n o na pod s ta wi e p r z e p r o wa d zo ny ch b a d a ń średn ie w a r t o ś c i m o d u ł ó w o d ­ k s z t a ł c e n i a i sp rężystości, ok re ś lo no dla p rz ed zi a łu o b c i ą ż o ń 0,05fO,'5 MPa, p r z e d s t a w i o n o w tablicy 5.

33 D. Kawalec i inni

Tabl ica 5

M odu ł y o d k s z t a ł c e n i a i s pr ęż ystości

Lp. Rodzaj odpadów

Średnie moduły o dkształcen ia

[ M P a ]

Średnie moduły sprężystości Pierwotny Wtórny

1 Żużel przepalony 20.6 40.3 28 .8

2 Żużel nieprzepalony 23.7 38,7 19,9

3 Popioły 22,3 43,1 27,5

4 2 5 % popiołu +75%

żużla przepalonego 20.1 32,8 20,4

5 50 % popiołu +50%

żużla przepalonego 24.0 42.9 25,8

6 25 % popiołu + 75%

żużla nieprzepa/onego 24.4 50,6 20,4

7 5 0 % popiołu + 50%

żużla nieprzepa/onego 21.3 46,6 31,3

W a r t o ś c i m o d u ł ó w od ks zt a łc en ia pierwo tn eg o z aw ie r a j ą się w przedziale 20,1-2*1,5 MPa, a m o d u ł ó w o d k s z t a ł c e n i a w t ó r n e g o w przed zi al e 32, S Ą 5 0,6 ^MPa.

ii myś l k l as y fi ka oj i g r u n tó w do ce ló w dr og ow yc h ¡20] o dp o wi a d a j ą one w a r ­ t oś ci om m o d u ł ó w o d k s z t a ł c e n i a mineralnych, d r o b n o z i a r n i s t y c h gruntów ma- łospoistych, obejmująo r ó wn i eż grunty niespo i st e w zak re si e dolny ch w a r ­ tości ich nośności. Pona dt o b a d a n i a w y k a za ł y średnio d w u k r o t n ą różn ic ę w w a r t o ś c i a c h modułóvj o d k s z t a ł c e n i a p i er wo tn e go i wtórnego,

W a r t o ś c i m o d u ł ó w sp rę ż ystości z ba d anych odp ad ó w i ich m i e s z an ek w a ha ją się w p r ze dz i al e 19,9-31,*4 MPa. iiazująo na i n f o rm ac ja c h li t or aturowych [lo], [17] , m o ż n a je u m i e ś c i ć m ię dz y d r o b n o z i a r n i s t y m i gr u nt a m i niesp oi s ty mi i s po istymi (gliny m i n e r a l n e p os ia d aj ą E s = 2 0 MPa).

*1. ANAL I ZA W Y N I K Ó W B A D A Ń I W N I O SK I

O k r e ś lo ne w w y n i k u ba d ań parametry f i z y k o m e c h a n i c z n e (tabl. 6) w y k a z u ­ ją, że zaró wn o popioły, jak i żużle przepa lo no i niep rz e pa lo ne oraz ich m i e s z an ki o d p o w i a d a j ą w y m o g o m s t a w i a n y m m a t e r i a ł o m p r z e zn ac zo n ym do b u d o ­ wy doln yc h w a r s t w nas yp ó w drogowych. S t os un ko w o niskie w a r t o śc i gę stości o bjętościowych, w r a ż l i w o ś ć na zawi l go ce ni e i słaba z a g e s z cz al no ś ć sprawia­

ją, że n ad aj ą s i ę one do b u d o w y d o l ny ch w a r s t w nasypów, gdy bę dą zalegać w mi ej s ca ch suchych (powyżej z w ie r ci ad ła wo dy gruntowej) lub izolowane zo­

s t a n ą od wód g r u n t o w y c h i zalewowych w a r s t w ą wodo ni e pr ze pu s zc za ln ą .

Wymaganiai uzyskanewynikibadań

Pr z yd a t n o ś ć m i e s z a n e k p op i o ł o w o - ż u ż l o w y c h z.

i

1-Q

I

50%po­ pia tu * 50% żu­ żla pie­ przepa­ lonego

CO 5 *«•

^ Cl M

C l a

25%po­ piołuł 75%żu­ żla pie­ prze pa­ lonego

II iO S ? d S

II 20,0 r--------------

50%po­ piołu+ 50%żużla przepa­ lonego ^{. §}

§ 1 II

Cl

«o'<o

25%po­ pi ot u + 75%żużla przepa­ lonego

H O X °0

O 1

i ? co

Żużel nie prze­ palony " JO Cs H

£ S X

C l

Żużel przepa­ lony ^{X ca}

B ■<•

^ § M

. loco

Popioły

* K JO^

^ 1

* n*iri

s* i 1 C ^

*Ł> < r \ S O ę 9 .

i l l l l l f

x c * c o i 113grubo­ ści zagęsz­ czanejwar­ stwyoraz 15cm ■ 1 > 7

dolno warstwa nasypu (poniżej strefy przemar­ zania)

O. “X £ 5 S i s 5 g-V) «j £

1

HM > ^ I Osi <\j 2- a r ; ! a' 1 I . of O *- S* ’ V/ I

- —

O) Cu ^ i __

£ £ S a g ? - £ * ' v " ^ l o i o c o

Cl i I >■'

— t !" t

C? ę> Cl

*o . co

o»i gj

T* C* *2* |

c*;

tc V I CM

^ CM j

M - S O T <o 0 ^ ; S CC

a;ł

> ' ¡ 5

uv

& es

s; -i s I !S IS A\ VI VI s A\ VI A\ A\

4 ~

o

Uo

B ad an e odpady i ioh m i e s za n ki w p o ró w na ni u z na turalnymi gruntami, o d ­ po w ia da ją c ym i im uziarnieniem, c h a r a k t e r y z u j ą się go r sz ym i parametrami ge o technicznymi, d l a t e g o nałoży je s to so w a ć do nas yp ó w nie w y ż s z y c h niż 3 , 0 ro.

Żużle p rz ep a lo ne i n i e p rz e pa lo ne oraz ioh m i e s z a nk i z za iar tośc ią do 25'* popiołu m o ż n a za s to s o w a ć do b udowy g ó rn yc h w a r s t w nasyp ó w pod w a r u n ­ kiem w y k o n a n i a w a r s tw y m ro zo ochronnoj. Popioły o r a z m i e s z an ki żużli z za­

w a r t o ś c i ą 505° p o p io ł ów nie n a d aj ą się do b udowy g ó r n yc h w a rstw drogowych.

N as y py z pr ze badanych m a t e r i a ł ó w winny b y ć w k a ż d ym p rz ypadku starannie zagęszczone.

LITERATURA

[l] Be la M. , Cisek T . , Kaw al ec B . , Kopicą Z., Śliwa J. : Cechy fizyczne i m e c h an ic zn e popi oł ów en er g et yc zn y ch i ocena ich pr zy d atnośoi do r o ­ bót inżynieryjnych. Zeszyty Nauk ow e Pol. Sl. Seria B u do w ni ct wo N r 29/

1972. Gliwice.

¡2] Bułat T . , Polak J . : Od pady p a le ni s k o w e .w b u d o w n i c t w i e drogowvm. Pra­

ce ZDUOE. K a t o w i c e 1975.

[3] Cisek T ., Kawa le c B . , Soczawa A . , Śliwa J. : P ar ametry nośności o d p a ­ dów k o p a l n i a n y o b w z a s t os ow an i u do c el ów drogowych. Zeszyty Naukowe Pol. Sl. seria B ud ow n i c t w o Nr kO/1976. Gliwice.

[k] D r ąg owski A . : W ł as no śc i fi lt r a c y j n e popiołów w ę g l o w y c h elektrowni Ła­

ziska, Jaw o rz no i B l a c h o w n i a śląska. S y m p o z j u m Częstochowa. Wydawn.

G eo lo g i c z n e 1973.

[5] Dr ąg ow s ki A., P i n i ńs ka J . : A n a l i z a procesu zagę s zc za ni a pop io łó w na tle zmian ioh struktury. Zbiór r e f e r a tó w V Kr aj o w e j Konfe r en cj i Geo- tcohniki. K a t o w i c e 1978.

[6] Gr a bowski Z., Obryoki M, : N i e k t ó r e g eo te c h n i c z n e w ł aś c i w o ś c i odpadów p a l e n is ko wy c h s k ł ad ow an y ch h y dr au l i o z n i e w z bi orniku osadowym. S y m ­ p o z j um Częstochowa, Wydawn. G e o lo gi c zn e 1973.

[7] Kawa le c B . , ś liwa J . : P r ot ot y p o w a a p a r a t u r a do b a d a ń wł aś ci w o ś c i o d ­ p adów hutniozyoh, k o p a l n i a n y c h i energetyoznych. Problemy Projektowe B i u r Pr oj e kt uj ąo y oh Zakłady Prod u kc yj ne - Zeszyt 2. 1971*.

Qs] N o r m a BN -7 0/8931-35. O znaozanie w s k a ź n i k a no śn oś c i grun t u Jako podło­

ża n a w ie rz c hn i podatnyoh.

[9] Obryc ki M . : G e o t eo hn ic z ne w ł a ś c i w o ś c i m a t e r i a ł ó w z hałd hy d ra u l i c z n e ­ go o d p op ie l an ia elektrowni. P o li t e c h n i k a Warszawska. Instytut Dró g i Mostów. P r a c a doktorska. 197**.

[10] P ac howski J . : T y m o z a s o w o w y t y o z n e t e ch n ic zn e l ab o ra to ry j ne go oznacza­

nia m o d u ł ó w s p r ę ży s to śc i g r a nt ów i m a t e r i a ł ó w d r o g o w yc h. P ra ce COBiRTD, N r 3^/1968^.

[i f] Pa ch o ws ki J . : Popioły lotne i ioh zas to so wa n ie w bu do wn i c t w i e d r o g o ­ wym. WKiŁ. W a r s z a w a 1976.

¡J2] Piet ra s Z.: M e to dy d z i a ł an ia i mo de l systemu dla zago sp od a ro wa ni a od­

p ad ów paleniskowych. Energetyka, Zeszyt 7-8/1976.

£13] P i e tr zy k K. : W p ł y w u zi a r n i e n i a grun tu na jego w y s a d z i n o w o ś ć w świe- . tle ba da ń la boratoryjnych. P r ac a doktorska. K r a k ó w 196^4.

Piet r zy k K, : A n al iz a w p ły wu niekt ór y oh o z yn n i k ó w na p ę c zn ie ni e prze­

m a r z a j ą c e g o podłoża na podstawie ba d ań laboratoryjnych. Zeszyty N a u ­ kowe Polit ec h ni ki Krakowskiej, seria BudowniotTio W od ne N r 15/1968.

P rz yd a t n o ś ć m i e s z a n e k po pi o ł o w o - ż u ż l o w y c h z..

[15] P olak J., S uw ał a R. : Odpary e l e k t r o w n i a n e . Pr zykłady z a s to so wa n ia w dr og o wn ic tw i e. P rz ed s i ę b i o r s t w o Z a g o s p o d a r o w a n i a O d p a d ó w Elektrownia- nych. K a t o w i c e 1976.

[16] R o ll a S . : P rzełomy d r o g o w e i w z m a c n i a n i e nawierzchni. WKiŁ, W a r s z a ­ w a 1977.

[17] Rolla S, : B a d a n i a m a t e r i a ł ó w i na wi e r z c h n i drogowych, WKiŁ, Warsz a- w a 1979.

[18] S k a r ż y ń s k a K. : W p ł y w p r o ce su z a ma rz an i a na ni e kt ór a w ł a ś o i w o ś o i fi- z yk om e c h a n i c z n o g r u n t ó w spoistyoh. Zeszyty N a u k o w e WSR, R o zprawy 18.

K r a k ó w 19 69^.

[19] Socza wa A.: W y s a d z i n o w o ś ć o d p ad ów k o p a l n i a n y c h w świetle b a d a ń l a b o ­ r atoryjnych. P r a c a doktorska. G l iw ic e 1978.

[20] W i łu n Z.: Zarys geot ec h ni ki . WKiŁ, W a r sz aw a 1976.

[21] W o ź n i c a J , : Popioły l otne z hałd p r zy c l e k t r o w n i a n y c h jako m a t e r i a ł do b udowy n a s y pó w b u d ow l i komunikac yj n yc h. S y mp ozjum Częstochowa.Wydawn.

G e o l o g i c z n e 1973.

[22] W o źn i ca J . : Popio ły z el e kt r o w n i jako m a t e r i a ł do nas yp ów drogowyoh.

P race IBDiM, N r 1, W a r sz a wa 197**.

R ecenzent: Doc. d r inż. L e s z e k L i t w i n o w i c z

«'pyłnęło w l i s t o p a d z i e 1980 r.

HPHrOAHOCTb 30JIbH0-BUIAK0B0il CHECH H3 BJIEKTPOCTAHUJffl "JIA3HCKA"

P e 3 x> v. e

B p aSo T e nęencT aB aeH H p e 3 y jib ia T u Hcc-neKOBaHKti 30jih h sH epreTsm ecKH X n a a - k o b, a Taioce hx cM eceft. IlpoBe^eH a n a M 3 bobmokhooth ynoTpefijieHHa k x k m K o-

p o x H h tx paCoT.

U S A B I L I T Y Oli-t h e A S H - S L A G M I X T U R E S

F R O M T H E "ŁAZISKA" P O W E R S T A T I O N F O R H I G H W A Y E M B A N K M E N T S

S u m m a r y

T h e paper p r esents test resul ts of power plant fly ash and slag and the m i x t ur e s of them. An a n a l y s i s h a s be en d o n e of t heir pos si bl e usage f o r highway constructions.