Impact of acid aggressiveness on the filtration resistance of hardening slurries with an addition of fluidized-bed fly-ash

• Autorzy: Falaciński Paweł , Kledyński Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.137180

Warianty tytułu

PL

Wpływ agresywności kwasowej na odporność filtracyjną zawiesin twardniejących z dodatkiem lotnych popiołów fluidalnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The subject matter of the article comprises cement-bentonite-water hardening slurries with an addition of fluidized-bed fly-ash resulting from the combustion of hard and brown coal. The main objective of the study was to determine the filtration resistance of hardening slurries in the context of long-term exposure to the filtration of an aggressive substance in relation to a cement binder. A nitric acid aqueous solution with a concentration of 0.5 M was used, which modelled acid aggressiveness. The authors studied the hydraulic conductivity of the slurries as a function of time (18 months) for the exposure to a 0.5 M solution of nitric acid. Changes in the phase composition and hardening slurry surface structures were analysed in terms of their filtration resistance to the action of acid aggressiveness. The comparative base were samples subjected to filtration in tap water (neutral environment). The article reviews a methodology for studying hydraulic conductivity (k10) of hardening slurries. It also presents a study involving the phase composition using the X-ray diffraction analysis (XRD) method, infrared (IR) spectroscopy and showing an image of the hardening slurry surface structure. The findings of other researchers that the application of fluidized-bed fly-ash additives positively impacted improving the resistance of the cement matrix to acid aggressiveness were confirmed. The hydrated colloidal compounds, identified within the subsurface zone of the slurry, which has been in contact with an acidic environment, provide extra sealing of the material structure, thus significantly limiting the access of aggressive substance to the interior of the slurry.

PL

Przesłony przeciwfiltracyjne wykonywane z zawiesin twardniejących mogą być realizowane w obiektach hydrotechnicznych oraz ochrony środowiska, gdzie pracują w warunkach filtracyjnego oddziaływania wód zanieczyszczonych. Tym samym kluczowa staje się kwestia odporności filtracyjnej i korozyjnej zawiesin w kontekście filtracyjnego oddziaływania różnorodnych środowisk agresywnych chemicznie. Przedmiotem artykułu są zawiesiny twardniejące cementowo-bentonitowo-wodne z dodatkiem lotnych popiołów fluidalnych ze spalania węgla kamiennego i węgla brunatnego. Głównym celem pracy było określenie odporności filtracyjnej zawiesin twardniejących w świetle długotrwałej ekspozycji na filtracyjne oddziaływanie substancji agresywnej w stosunku do spoiwa cementowego. Zastosowano roztwór wodny kwasu azotowego o stężeniu 0,5 M, który modelował agresywność kwasową. Badano zmiany przepuszczalności hydraulicznej zawiesin w funkcji czasu (18 miesięcy) oddziaływania roztworu 0,5 M kwasu azotowego. Analizowano zmiany w składzie fazowym oraz strukturze powierzchni zawiesin twardniejących w kontekście jej odporności filtracyjnej na działanie agresywności kwasowej. Bazę porównawczą stanowiły próbki poddane filtracji wody wodociągowej (środowisko obojętne). W artykule przedstawiono metodykę badania przepuszczalności hydraulicznej (k10) zawiesin twardniejących. Przedstawiono badanie składu fazowego metodą rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej (XRD), spektroskopii w podczerwieni (IR), a także obraz struktury powierzchni zawiesin twardniejących. Analiza uzyskanych wyników badań zawiesin twardniejących poddanych filtracyjnemu oddziaływaniu roztworu kwasu azotowego pozwala stwierdzić, iż przebieg procesu korozji jest nieco inny niż materiałów budowlanych na bazie spoiwa cementowego. Potwierdzono obserwacje innych badaczy, iż zastosowanie dodatku lotnych popiołów fluidalnych wpływa korzystnie na zwiększenie odporności matrycy cementowej eksponowanej na agresywność kwasową. Zidentyfikowane w przypowierzchniowej strefie zawiesiny, która miała kontakt ze środowiskiem kwaśnym, uwodnione związki koloidalne doszczelniają strukturę materiału, przez co znacząco ograniczają dostęp substancji agresywnych do wnętrza zawiesiny. Powstałe substancje bezpostaciowe, w formie żelu uwodnionej krzemionki, zwiększyły szczelność zawiesin, zidentyfikowaną obniżeniem wartości przepuszczalności hydraulicznej.

Słowa kluczowe

EN

hardening slurry; cut-off wall; acid aggressiveness; fluidized bed fly ash; circular economy; filtration resistance

PL

zawiesina twardniejąca; przesłona przeciwfiltracyjna; agresywność kwasowa; popiół fluidalny; gospodarka obiegu zamkniętego; odporność filtracyjna

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 2
• Strony: 475--490
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Falaciński Paweł

• Warsaw University of Technology, Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7090-5233

autor

Kledyński Zbigniew

• Warsaw University of Technology, Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8387-3119

Bibliografia

• [1] Z. Kledyński, A. Bogdan, W. Jackiewicz-Rek, K. Lelicińska-Serafin, A. Machowska, P. Manczarski, D. Masłowska, A. Rolewicz-Kalińska, J. Rucińska, T. Szczygielski, J. Walczak, M. Wojtkowska, and M. Żubrowska-Sudoł, “Condition of Circular Economy in Poland,” Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 3, pp. 37-80, 2020, https://doi.org/10.24425/ace.2020.131820
• [2] ECOBA, Production and Utilisation of CCPs in 2016 in Europe, www.ecoba.org, 2016.
• [3] P. Falaciński, Z. Kledyński, Influence of aggressive liquids on hydraulic conductivity of hardening slurries with the addition of different fluidal fly ashes. Environmental Engineering, Taylor&Francis Group, London, pp 295-300, 2007.
• [4] Falaciński P. Leak tightness of hardening slurries with fluidal fly ashes in chemically aggressive environments. Archives of Environmental Protection. Polish Academy of Sciences, vol. 37, no. 1, pp 115-134, 2011.
• [5] PN-EN 1538. Execution of special geotechnical works - Diaphragm walls.
• [6] Z. Kledyński, P. Falaciński, A. Machowska, J. Dyczek, Ł. Kotwica, Utilisation of CFBC fly ash in hardening slurries for flood-protection dikes. Archives of Civil Engineering, vol. LXII, Issue 3, pp 75-87, 2016.
• [7] P. Falaciński, Possible applications of hardening slurries with fluidal fly ashes in environment protection structures. Archives of Environmental Protection. Polish Academy of Sciences, vol. 38, no. 3, pp 91-104, 2012, https://doi.org/10.1515/heem-2016-0004
• [8] Gruener M. Corrosion and protection of concrete. Arkady, Warsaw 1983.
• [9] Kurdowski W. Chemistry of cement and concrete. Polski Cement, PWN, Cracow 2010.
• [10] Neville A. M. Properties of Concrete. Trans-Atlantic Publications, Inc. 5th edition, 2012.
• [11] Słomka-Słupik B. The changes of phases composition of the paste from cement CEM III/A under the influence of NH4Cl water solution. CWB, 2, pp 61-66, 2009
• [12] Stanaszek-Tomal E., Fiertak M. Biological and chemical corrosion of cement materials modified with polimer. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences, vol. 63, no. 3, 2015, https://doi.org/10.1515/bpasts-2015-0069
• [13] Barbhuiya S., Kumala D. Behavior of Sustainable Concrete in Acidic Environmental. Sustainability, 9, pp. 1-13, 2017, https://doi.org/10.3390/su9091556
• [14] T. Ramlochan, P. Zacarias, M.D.A. Thomas, R.D. Hooton, The Effect of Pozzolans and Slag on the Expansion of Mortars Cured at Elevated Temperature, Part 2, Microstructural and Microchemical Investigations, Cement and Concrete Research, vol. 34, pp 1341-1356, 2004.
• [15] Glinicki M.A., Zieliński M.: Air voids spacing in concrete with addition of fly ash from fluidized bed coal combustion. Cement Lime Concrete no. 3, pp. 133-138, 2007.
• [16] Stryczek S., Małolepszy J., Gonet A., Wiśniowski R., Kotwica Ł., Złotkowski A., Ziaja J. Ashes from fluidized combustion of brown coal as an additive to sealing slurries. AGH, Cracow 2013.
• [17] Szperliński Z. Chemistry in environmental protection and engineering. OWPW, Warsaw 2002.
• [18] Skalmowski W. Building minerals chemistry. Arkady, Warsaw 1971.
• [19] Piasta J., Piasta W.G. Concrete: selection of aggregates and cements, concrete design, durability of concrete, chemical and thermal resistance, Arkady. Warsaw 1997.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).