Co bobtná v dálnici: odpadky, stavební odpad, studený ... · Seminá ř “Fámy a fakta o dálnici D47“, Praha, 24.4.2012 Imagine the result RNDr. František Kresta, Ph.D.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Co bobtná v dálnici: Co bobtná v dálnici: odpadky, stavební odpad, odpadky, stavební odpad, studený odval NH, studený odval NH, vysokopecní či vysokopecní či ocelárenská struska?ocelárenská struska?
Seminář “Fámy a fakta o dálnici D47“, Praha, 24.4.2012
Využití druhotných surovin pat ří k základním úkol ům rozvinutého světa.
Česká republika pat řila a pat ří k průkopník ům ve využití druhotných surovin v zemních pracech, a to nejen v dopravním s tavitelství, kde jsou nejv ětší objemy prací, ale i v dalších oblastech stavebn í činnosti - pozemní stavby, rekultivace a úprava kraji ny.
Výhody používání druhotných surovin jsou p ředevším následující:
�ekologické hledisko – používáním druhotných surovin se snižuje množství vedlejších produkt ů na skládky a snižují se tedy i náklady na následnou rekultivaci
�náklady stavby – většinou jsou druhotné suroviny levn ější než přírodní kamenivo (avšak i zde se mnohdy ceny srovnáv ají, protože majitelé zdroj ů druhotných surovin mají zájem na zisku)
�časové hledisko (v případě uhelné hlušiny a strusek) – zemní tělesa z t ěchto materiál ů lze provád ět i ve zhoršených klimatických podmínkách (zimní m ěsíce)
Druhotné suroviny použité p ři výstavb ě dálnice D47 Studený odval
Definice studeného odvalu:“ Směs hutnických strusek, slévárenských písk ů a žáromateriál ů – vyzdívky vysokých pecí, které vznikají p ři výrob ě surového železa a oceli. Ve studeném odvalu je zastoupen zcela pod řadně i ostatní materiál – nap ř. dřevo, PVC apod.“
- minerální složení se mění zrno od zrna
- je dob ře hutnitelný, vykazuje vysoké hodnoty modulu p řetvárnosti
Do zemního t ělesa pozemních komunikací se mohou použít pouze takové materiály, u nichž je ov ěřena vhodnost použití na základ ě průkazních zkoušek. V p řípadě nestandardních heterogenních materiál ů je nutné terénními a laboratorními zkouškami proká zat jejich použitelnost v souladu s dokumentací. Vždy je nutné definovat zejména:�přesný popis,�technologii zpracování,�projektové fyzikáln ě-mechanické parametry,�nezávadnost pro životní prost ředí,�vyluhovatelnost a její zm ěny v čase (dle TP 93)�časový vývoj mechanických vlastností (např. u materiál ů zpevn ěných pojivy)�způsob kontroly a četnost.Dosažení projektovaných parametr ů musí být podloženo laboratorními zkouškami za okrajových podmínek odpovídajícím skut ečným podmínkám v zemním t ělese a ov ěřeno zhut ňovací zkouškou.
Objemová stálost druhotných suroviny na stavb ě dálnice D47
Uhelná hlušinová sypanina – objemov ě stálá. Je složena z hornin karbonského stá ří, které byly vyt ěženy z hloubky 800-1000 m, a které prošly praním p ři úprav ě uhlí.
Studený odval – objemov ě nestálý. Je velmi heterogenní (každé zrno je jiné) a m ění své chemické složení. P řed zahájením stavby byly provedeny zkoušky rozpadavosti v autoklávu, které v šak nep řekro čily hodnotu 5%.
Ocelářská struska – její objemová stálost závisí na chemickém složení, které vyplývá z technologie výroby a slože ní rudy a struskotvorných p řísad. Před zahájením stavby byly provedeny zkoušky rozpadavosti v autoklávu, které však nep řekro čily hodnotu 5%. Dosud provedené výsledky prokazují její objemovo u stálost.
Dosavadní výsledky zkoušek ukazují, že p říčinou objemových zm ěn ve vedlejších produktech hutní výroby jsou fázové p řeměny minerál ů. - hydratace volného vápna (CaO)
CaO +H2O →→→→ Ca(OH)2- hydratace periklasu (MgO)
MgO +H2O →→→→ Mg(OH)2- karbonatace hydroxid ů vápenatého a ho řečnatého
Ca(OH)2+ CO2 →→→→ CaCO3 + H2OMg(OH)2 + CO2 →→→→ MgCO3 + H2O
- polymorfní p řeměny dikalcium silikát ů (C2S)ββββ-C2S →→→→ αααα-C2S
- hydratace C 3S na CSH fáze a reakce aluminát ů
Všechny reakce spojené s hydratací nebo rozpadem ve dlejších produkt ů hutní výroby (strusek) jsou ovlivn ěny p řítomností sklovité fáze. Sklovité fáze se snadno rozpadají a p řispívají k objemovým změnám.
Periklasová (MgO) cihla s intenzivní hydratací (brucit – Mg(OH) 2) na okraji zrn a podél št ěpných trhlin a s karbonátovou hmotou (MgCO 3) v základní hmot ě.
Ocelářska struska pánvová. Krystalicko-sklovitá struska. Natavené krystaly merwinitu jsou spolu s drobnými zrny C2S a izotropního periklasu uloženy v tmav ě hnědé sklovité barv ě.
Pro rozvoj proces ů hydratace, vznik druhotných minerál ů a ve svém d ůsledku pro objemové zm ěny mají zásadní vliv následující faktory:
�vyšší podíl jemnozrnné frakce. V p řípadě studeného odvalu mohl být vyšší podíl jemnozrnné frakce jak primární, tak se ješt ě zvýšil při hutn ění materiálu studeného odvalu, kterým se v ětší zrna drtila
�vysoký m ěrný povrch zrn – úzce souvisí s výše uvedeným a vysokou pórovitostí jemnozrnné frakce materiálu st udeného odvalu. Hodnota pórovitosti u vzorku studeného odva lu frakce < 4 mm (zhutn ěném energií 100% PS), která je z hlediska objemových změn kritická, dosahovala až 36.8%
Pro rozvoj proces ů hydratace, vznik druhotných minerál ů a ve svém d ůsledku pro objemové zm ěny p ředevším u studeného odvalu mají zásadní vliv následující faktory:
�zásadité prost ředí (pH >9.2). V zásaditém prost ředí probíhají procesy hydratace. Zastavují se p ři poklesu pH pod 8.
�teplota nad 10°C (bylo pozorováním zjišt ěno, že p ři teplotách nižších se proces zpomaluje). Vlastní reakce je exo termní (vyvíjí se teplo), což bylo pozorováno p ři opravných pracech.
Zkoušky objemové stálosti vedlejších produkt ů hutní výroby
1. Dlouhodobé zkoušky bobtnání p ři zkoušce CBR (cca 6 m ěsíců)2. Zkoušky urychlující objemové zm ěny
- rozpadavost v autoklávu – autoclave test- rozpínavost (v parní komo ře) – steam test (EN 1744-1)- rozpadavost v horkovodní lázni – hot-water bath test
Chování vedlejších produkt ů hutní výroby bývá často diametráln ě odlišné od laboratorních výsledk ů.
Aplikace ve stmelených vrstvách a asfaltových vrstv ách – nejlépe odpovídají zkoušky rozpínavosti (dle EN 1744-1) neb o zkoušky v horkovodní lázni.
Nestmelené vrstvy - nejlepší výsledky p řinášely dlouhodobé zkoušky bobtnání p ři zkoušce CBR.
Zkoušky prokazující objemovou stálost vedlejších produkt ů hutní výroby – normativní požadavky
vysokopecní struska – rozpadavost pa řením v autoklávu musí být nižší než 5% (frakce 8-16 mm, teplota 105°C, tlak 0.20 MP a, 2 hodiny) – viz TP 138
ocelá řská struska – rozpínavost (frakce 0-22 mm, teplota páry 100°C, 24 hodin pro LD strusky, 168 hodin pro BOF a EAF st rusky) musí být nižší než 5% – viz EN 1744-1
Zkoušky prokazující objemovou stálost vedlejších produkt ů hutní výroby – normativní požadavky
Studený odval – nebyl vyjmenován v žádném z předpis ů, a proto nebyla ani stanovena zkouška ov ěření jeho objemové stálosti. P ři jeho certifikaci jako Um ělé kamenivo homogenizovaný materiál, štěrkodr ť B-0-125 se provedla zkouška rozpadavosti v autoklávu dle tehdy platné ČSN 72 1512. Avšak pro št ěrkodr ť třídy B nebyla v ČSN 72 1512 deklarována limitní hodnota) –viz tabulka 4 na stran ě 7).
Výsledky zkoušek ocelá řské strusky z aktivní zóny odebrané z kontrolních sond provedených ŘSD ve dnech 14.-15.4.2012
Sonda KS2 (km 151.160), hl. 0.6-0.8 m – rozpadavost v autoklávu –0.9%Sonda KS2 (km 151.160), hl. 0.8-0.9 m – rozpadavost v autoklávu –0.5%Sonda KS1 (km 150.340), hl. 0.6-0.9 m – rozpadavost v autoklávu –1.5%
1. Druhotné suroviny jako alternativní zdroj surovin pro zemní práce budou i v budoucnu hrát podstatnou roli a jejich vý znam bude stoupat.
2. Příčinou objemových zm ěn a zdvih ů dálnice D47 byly objemov ě nestálé materiály. Dosud provedené zkoušky potvrzuj í objemovou nestálost studeného odvalu, který je velmi heteroge nním materiálem. Podíl ocelá řské strusky v aktivní zón ě na objemových změnách nebyl prokázán.
3. Uhelná hlušinová sypanina v násypu je objemov ě stálá.4. V kontrolních sondách provedených ŘSD ve dnech 14.-15.4.2012
Z dosavadní analýzy vyplývá, že zásadním pochybením bylo použití materiálu, se kterým nebyly žádné zkušenosti (stude ného odvalu) p ři budování zemních t ěles takového rozsahu jako je dálnice. Pozornost odpov ědných pracovník ů byla soust ředěna na ekologickou nezávadnost studeného odvalu a jeho zhutnitelnost. Nikoho nenapadlo, že objemová stálost prokázána zko uškou rozpadavosti v autoklávu p ři certifikaci se m ůže měnit v čase a v souvislosti s postupným odt ěžováním zásob studeného odvalu.
To, že se neprovád ěly zkoušky pro ov ěření objemové stálosti studeného odvalu v pr ůběhu výstavby a vlastn ě v celém období 2001-2008 (protože se jednalo o výrobek, nevyplývala pov innost jednozna čně ze žádného p ředpisu a nikdo kontrolní zkoušky nepožadoval), m ělo za následek nejen zvln ění dálnice D47, ale i další problémy se stavbami na Ostravsku, kde byl tento ma teriál použitý (Avion Shopping Park, Mountfield, OC Saller apod.).