The preliminary research of the physico-mechanical properties of aggregates based on the colliery shale, supplemented by fly ash

• Autorzy: Blajer Mateusz , Stopkowicz Agnieszka , Adamczyk Justyna , Cała Marek

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2018.124992

Warianty tytułu

PL

Badania wstępne właściwości fizykomechanicznych kruszyw na bazie łupku przywęglowego z dodatkiem popiołu lotnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The currently applicable legal provisions and also the economic concepts emphasize the importance of circular economy. In this aspect, it is very important to reduce the waste production respectively planning and running a business. Technical research is the key to finding a new applications for waste, in particular disposed on landfilling. Mining and energy industries belong to the biggest producers of waste in Poland. The total share of these two branches in waste production is up to 70% (mining and quarrying 53%; electricity, gas, steam and air conditioning supplay 17%). In environment, economy and social aspect, it is very important to develop this waste. The paper presents research on the physico-mechanical properties of the aggregates based on colliery shale supplemented by fly ash (20% - 40% supplement of fly ash). The following tests should be mentioned among performed: particle size distribution, the sand equivalent test, freeze resistance and direct shear tests. Also the chemical properties found in the literature was invoked. The research shows good physico-mechanical properties of the mixes, such as cohesion (44.62 kPa - 68.57 kPa) or internal firiction angle (34.74° - 40.52°). Though low resistance to weathering and a large susceptibility to frost heave (the mass loss after the freezing cycles is 76%) may limit its applicatin in road engineering. The sand equivalent tests were made only for aggregates. Tested materials shows usefulness for earthen structures. However, the research should be supplemented by chemical tests and also observations of the material properties changes as the effect of time. The research on the leachability of chemical pollutants, which will determine the acceptable share of ash in the mix, could be especially significant. The fact that fly ash contains a lot of sulphates and chlorides, which leach into the environment may pose a threat to living organisms.

PL

Aktualne przepisy prawa oraz koncepcje gospodarcze obowiązujące w Polsce kładą duży nacisk na gospodarkę o obiegu zamkniętym. W tym aspekcie bardzo ważne staje się ograniczanie liczby odpadów odpowiednio planując oraz prowadząc działalność gospodarczą. Dlatego, poprzez badania poszukuje się rozwiązań, które pozwoliłyby na znalezienie nowych zastosowań dla odpadów, w szczególności unieszkodliwianych poprzez składowanie. Energetyka i górnictwo to dwie gałęzie przemysłu, których udział w produkcji odpadów jest największy. W Polsce oba sektory wytwarzają łącznie około 70% odpadów (górnictwo 53%; energetyka 17%). Zagospodarowanie tych odpadów jest bardzo ważne w aspekcie środowiskowym, ekonomicznym jak i społecznym.W artykule przedstawiono badania właściwości fizyko-mechanicznych dla mieszanek kruszywowo-popiołowych bazujących na łupku przywęglowym oraz popiele lotnym (20%-40% dodatku popiołu lotnego). Pośród przeprowadzonych badań należy wymienić: badanie wskaźnika piaskowego, badanie składu ziarnowego, badania mrozoodporności czy test bezpośredniego ścinania. Przywołano także właściwości chemiczne popiołów lotnych, które znaleziono w literaturze. Przeprowadzone badania wskazują na dobre właściwości fizyko-mechaniczne mieszanek kruszywowo-popiołowych takie jak kąt tarcia wewnętrznego (34.74°-40.52°) i spójność (44.62 kPa-68.57 kPa). Jednak niska mrozoodporność łupku przywęglowego (utrata masy po cyklach mrożenia wynosi 76%) wprowadza pewne ograniczenia co do możliwości zastosowania niniejszego materiału, w szczególności np. w drogownictwie. Badania wskaźnika piaskowego wykonano jedynie dla kruszyw, nie uwzględniając mieszanek. Badany materiał wykazuje potencjał do zastosowania przy wznoszeniu budowli ziemnych. Należy jednak przedstawione badania uzupełnić o badania chemiczne, a także uwzględnić w nich zmianę właściwości materiału pod wpływem czasu. Szczególnie ważne mogą okazać się badania wymywalności zanieczyszczeń chemicznych, które określą dopuszczalny udział popiołu w mieszance. Jest to związane z tym, że popioły lotne zawierają dużo siarczanów i chlorków, które wymywane do środowiska mogą stanowić zagrożenie dla organizmów żywych.

Słowa kluczowe

EN

physico-mechanical properties; waste rock; fly ash from fluidized bed boiler; aggregate mixes

PL

właściwości fizyko-mechaniczne; popiół lotny z kotła fluidalnego; mieszanki kruszywowo-popiołowe; skała płona

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, no. 1
• Strony: 21--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Blajer Mateusz

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Al. Mickiewicza 30, 30-059, Krakow, Poland

autor

Stopkowicz Agnieszka

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Al. Mickiewicza 30, 30-059, Krakow, Poland

autor

Adamczyk Justyna

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Al. Mickiewicza 30, 30-059, Krakow, Poland

autor

Cała Marek

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Al. Mickiewicza 30, 30-059, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Baic I ., Kozioł W., Machniak Ł., 2016. Aggregates from mineral wastes. E3S Web of Conferences 8, 1-8.
• [2] BN64/8931-01:1964. Drogi Samochodowe. Oznaczanie wskaźnika piaskowego.
• [3] Borys M., Filipowicz P., 2008. Wykorzystanie odpadów przemysłowych do budowy i umacniania wałów przeciwpowodziowych. Środkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Środowiska 10, 633-644.
• [4] Cholewa M., 2008., Modelowanie badania filtracji przez nasypy hydrotechniczne wykonane z gruntów antropogenicznych, Przegląd Górniczy 11-12, 49-55.
• [5] Donnthuam P., Sawangwong P., Pachana P., 2016., Effect of Fluidazed Bed Coal Combustion Fly Ash on Geopolymer’s Properties. Journal of Environmental Science, Toxicology and Food Technology 10 (4), 91-96.
• [6] European Commision, 2015. Communication From The Commission to The European Parliament, The Council, The European Economic and Social Committee and The Committiee of The Regions. Closing the loop – An EU action plan for the Circular Econom, Brussels 2, COM (2015) 614 final.
• [7] Galos K., Szlugaj J., 2014. Management of hard coal mining and processing wastes in Poland. Mineral Resources Management 30 (4), 51-64.
• [8] Generalna Dyrekcja Dróg Publicznych GDDP, 1998. Instrukcja Badań Podłoża Gruntowego Budowli Drogowych i Mostowych, Część 2, Załącznik. Warszawa.
• [9] Główny Urząd Statystyczny, 2016 . Ochrona Środowiska 2016. Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa.
• [10] Gomes Correia A., Winter M.G., Puppala A.J., 2016. A revive of sustainable approaches in transport infrastructure geotechnics. Transportation Geotechnics 7, 21-28.
• [11] Góralczyk S., 2009. Foresight a prob lematyka odpadów z górnictwa węgla kamiennego w Polsce. Przegląd Górniczy 65 (10), 7-15.
• [12] Góralczyk S., Baic I., 2009. Odpady z górnictwa węgla kamiennego i możliwość ich gospodarczego zastosowania. Polityka Energetyczna 12 (2/2), 145-156.
• [13] Gruchot A., 2014. Wskaźnik nośności CBR kompozytów z odpadów powęglowych i popiołu lotnego. Przegląd Górniczy 7, 12-17.
• [14] Gruchot A., Ligas E., 2012. Wytrzymałość na ścinanie mieszanek popiołowo - żużli z piaskiem. Przegląd Górniczy 12, 123-127.
• [15] Gruchot A., Zawisza E., 2007. Badanie parametrów geotechnicznych wybranych odpadów przemysłowych w aspekcie wykorzystania ich do budownictwa drogowego. Przegląd Górniczy 10, 26-30.
• [16] Instytut Badawczy Dróg i Mostów, 2010. Aprobata Techniczna Nr AT/2010-03-2576/2. Warszawa.
• [17] Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, 2014. Aprobata Techniczna AT/1802014-0064-00. Falenty.
• [18] Jensen J.P., Remmen A., 2017. Enabling circular economy through product stewardship. 14th Global Conference on Sustainable Manufacturing, Procedia Manufacturing, October 2016, Stellenbosch, South Africa 8, 377-384.
• [19] Knapik K., 2015. Wybrane właściwości fluidalnego popiołu lotnego przeznaczonego do wzmacniania podłoża gruntowego. Inżynieria Morska i Geotechnika, 3/2015, 413-416.
• [20] Kocianova M., Drochytka R., Cerny V., 2016. Technology of remediation of embankment dams by optimal grout. Procedia Engineering 151, 257-264.
• [21] Korhonen J., Honkasalo A., Seppala A., 2018. Circular Economy: The Concept and its Limitation. Ecological Economics 143, 37-46.
• [22] Łaskawiec K., Małolepszy J., Zapotoczna-Sytek G., 2011. Influence od Fly Ashes Generated at Burning Hard and Brown Coal in Fluidized Boilers on ACC Phase Composition. Ceramic Materials 63 (1), 88-92.
• [23] Park J.Y., Chetrow M.R., 2014. Establishing and testing the “reuse potential” indica tor for managing wastes as resources. Journal of Environmental Management 137, 45-53.
• [24] Piech R., Wilczek J., Kraszewski C., 2015. Ocena zawartości drobnych cząstek w kruszywach drogowych na podstawie wskaźnika piaskowego. Drogownictwo 2, 53-56.
• [25] PN-B-04481:1988. Grunty budowlane – Badania próbek gruntu.
• [26] PN-EN 12620+A1:2010. Kruszywa do betonu.
• [27] PN-EN 1367-1:2007. Tests for thermal and weatherin g properties of aggregates. Determination of resistance to freezing and thawing, Part 1.
• [28] PN-EN 933-8: 2012. Badania geometrycznych właściwości kruszyw – Część 8: Ocena zawartości drobnych cząstek – Badanie wskaźnika piaskowego.
• [29] PN-EN ISO 14688-1:2006. Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 1: Oznaczanie i opis.
• [30] PN-S-02205:1998. Drogi samochodowe. Roboty ziemne. Wymagania i badania.
• [31] Ritzen S., Sandstrom G. O., 2017. Barriers to the Circular Economy – integration of perspectives and domains. The 9th CIRP IPSS Conference: Circular Perspectives on Product/Service-Systems, Procedia CIRP 64, 7-12.
• [32] Shin J.H., Lee S.S., Kim T.H., 2016. Mechanical Properties of Non-cement Matrix according to mix method Circulating fluidized bed combustion boiler fly ash and based on Blast furnace slag and Polysilicon. Asia-pacific Journal of Modeling and Simulation for Mechanical Sysytem Design and Analysis 1 (1), 13-22.
• [33] Singh R.R., Goyal N., Kaur N., 2015. Fly ash as an embankment material. SSRG Internationa Journal of Civil Engineering 2 (3), 14-16.
• [34] Skarżyńska K.M., 1995. Reuse of coal mining wastes in civil engineering – Part 1: Properties of minestone. Waste Management 15/1, 3-42.
• [35] The Act on Waste, 24.11.2017 r. (Gazette 2017 no 0 pl. 2422).
• [36] Zabielska-Adamska K., Falkowska A., Wasil M., 2015. Wytrzymałość na rozciąganie popiołu lotnego wbudowanego w warstwy uszczelniające, Inżynieria Morska i Geotechnika 3, 271-275.
• [37] Zapotoczna-Sytek G., Łaskawiec K., Gębarowski P., Małolepszy J., Szymczak J., 2013. Popioły lotne nowej generacji do produkcji autoklawizowanego betonu komórkowego. Warszawa: Wydawnictwo Instytut Śląski Sp. z o.o.
• [38] Zawisza E., 2006. Wpływ zagęszczenia i wilgotności na wytrzymałość na ścinanie wybranych odpadów przemysłowych i gruntu mineralnego. Przegląd Górniczy, 11/2006.
• [39] Zawisza E., Micor W., 2012. Ściśliwość zleżałych odpadów powęglowych oraz ich mieszanek z popiołami lotnymi. Przegląd Górniczy 10, 65-70.
• [40] Zawisza E., Organ W., 2012. Wytrzymałość na ścinanie mieszanek odpadów powęglowych z popiołami lotnymi. Przegląd Górniczy 2, 38-44.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019)