Characteristics of selected physical and mechanical properties as well as chemical composition of aggregates based on: steel slags, porphyry and diabase

• Autorzy: Jonczy I. , Grzesik B. , Stawowiak M. , Gerle A.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.135226

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka wybranych właściwości fizyko-mechanicznych oraz składu chemicznego kruszyw wyprodukowanych na bazie: żużli stalowniczych, porfiru i diabazu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of tests of selected physical and mechanical properties as well as the chemical composition of two types of natural aggregates: porphyry and diabase, as well as artificial aggregate based on steel slags. Based on the conducted tests, it was established that the physical and mechanical properties of the artificial aggregate exhibit slightly lower parameters as compared to the results obtained for porphyry and diabase aggregates. However, this does not limit the possibility of using the aggregate based on steel slags, as according to the applicable WT-4 and WT-5 standards, it can be used in mixtures unbound to the improved subsoil and layers of the road foundation as well as road mixtures with hydraulic binders for each category of traffic load. The chemical composition of the aggregate based on steel slags differs from the chemical composition of the tested natural aggregates. The slags contain lower amounts of SiO2 and Al2O3, while the concentration of CaO and Fe2O3 is greater. Additionally, heavy metals have also been exhibited in the slags. However, it was established that the alkaline nature of the slags, which is affected by low sulphur content and a significant proportion of CaO, as well as the way the metals occur limit the possibility of heavy metals release and migration from slags. The tested steel slags may constitute a prospective material used in road construction.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wybranych właściwości fizyko-mechanicznych oraz składu chemicznego dwóch rodzajów kruszywa naturalnego: porfirowego i diabazowego oraz kruszywa sztucznego wyprodukowanego na bazie żużli stalowniczych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że właściwości fizyko-mechaniczne (gęstość objętościowa, nasiąkliwość, mrozoodporność, odporność na rozdrabnianie LA, wytrzymałość na miażdżenie) kruszywa sztucznego wykazują nieco niższe parametry w odniesieniu do wyników oznaczeń uzyskanych dla kruszywa porfirowego i diabazowego. Nie ogranicza to jednak możliwości wykorzystania kruszywa na bazie żużli stalowniczych, gdyż wg obowiązujących standardów WT-4 i WT-5, może być ono stosowane w mieszankach niezwiązanych do ulepszonego podłoża i warstw podbudowy drogowej oraz drogowych mieszankach związanych spoiwami hydraulicznymi dla każdej kategorii obciążenia ruchem. Skład chemiczny kruszywa na bazie żużli stalowniczych różni się od składu chemicznego badanych kruszyw naturalnych. Żużle zawierają mniejsze ilości SiO2 oraz Al2O3, wzrasta w nich natomiast koncentracja CaO oraz Fe2O3, w żużlach oznaczono także obecność metali ciężkich. Stwierdzono jednak, że zasadowy charakter żużli, na który wpływa niska zawartość siarki oraz znaczny udział CaO, jak również sposób występowania metali przede wszystkim w formie rozproszonej w szkliwie oraz jako podstawienia w strukturze wewnętrznej faz krzemianowych i tlenkowych ograniczają możliwości uwalniania i migracji metali ciężkich z żużli. Badane żużle stalownicze mogą stanowić perspektywiczny materiał znajdujący zastosowanie w budownictwie drogowym.

Słowa kluczowe

EN

aggregate; steel slag; porphyry; diabase; physical properties; mechanical properties; chemical composition

PL

kruszywo; żużel stalowniczy; porfir; diabazy; właściwości fizykomechaniczne; skład chemiczny

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 4
• Strony: 363--379
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Jonczy I.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation, Gliwice, Poland

autor

Grzesik B.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation, Gliwice, Poland

autor

Stawowiak M.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation, Gliwice, Poland

autor

Gerle A.

• Institute of Ceramics and Building Materials, Refractory Materials Division in Gliwice, Gliwice, Poland

Bibliografia

• 1. Z. Adamczyk, B. Grzesik, A. Harat, “Środowiskowe skutki stosowania żużla hutniczego jako składnika kruszyw”, Zesz. Nauk. P. Częst., Bud. 23: 9-15, 2017.
• 2. D. Baricová, A. Pribulová, P. Futáš, B. Bul’ko, P. Demeter, “Change of the chemical and mineralogical composition of the slag during oxygen blowing in the oxygen converter process”, Metals 8: 1-14, 2018.
• 3. L. Bláhová, M. Mucha, Z. Navrátilová, S. Gorošová, “Sorption properties of slags”, Inżynieria Mineralna, Journal of the Polish Mineral Engineering Society July-December: 89-94, 2015.
• 4. A. Bolewski, “Skała przeobrażona z Siedlec koło Krzeszowic”, Rocznik Pol. Tow. Geol. T. XIV. Ann. Soc. Géol. de Pologne XIV: 2-46, 1938.
• 5. L. Chodyniecka, “Badania petrograficzne porfiru z Orleja oraz produktów jego przeobrażeń”, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria Górnictwo 54: 89-105, 1973.
• 6. L. Chunlin, Z. Kunpeng, Ch. Depeng, “Possibility of concrete prepared with steel slag as fine and coarse aggregates: A Preliminary Study”, Procedia Engineering 24: 412-416, 2011.
• 7. J. Czerny, M. Muszyński, “Rhyodacitic porphyries of the Zalas laccolith”, Polskie Towarzystwo Mineralogiczne - Prace Specjalne 17: 91-93, 2000.
• 8. S. Fathy, G. Liping, Marui, G. Chunping, S. Wei, “Chemistry, mineralogy and morphology of steel slag and stainless steel slag: a comparative study”, Proceedings of Academics World International Conference Cairo, Egypt, 27th-28th December: 8-15, 2016.
• 9. J. F. P. Gomes, C. G. Pinto, “Leaching of heavy metals from steelmaking slag”, Revista de Metalurgia 42(6): 409-416, 2006.
• 10. S. Góralczyk, D. Kukielska, “Jakość krajowych kruszyw”, Górnictwo i Geoinżynieria 34(4): 211-224, 2010.
• 11. I. Jonczy, “Formy występowania wybranych metali w żużlach hutniczych na tle ich właściwości geochemicznych”, Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management 28(1): 63-75, 2012.
• 12. I. Jonczy, “Studium mineralogiczno-chemiczne żużli stalowniczych ze zwałowiska i bieżącej produkcji w Gliwicach-Łabędach oraz oddziaływanie zwałowiska na gleby”. Monografia habilitacyjna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2014.
• 13. I. Jonczy, “Microstructures of metallurgical slags”, Archives of Metallurgy and Materials 61(1): 61-66, 2016.
• 14. I. Jonczy, J. Stanek, “Phase composition of metallurgical slag studied by Mössbauer spectroscopy”, Nukleonika. International Journal of Nuclear Research 58(1): 127-131, 2013.
• 15. Kopalnie Porfiru i Diabazu Sp. z o.o.: http://kruszywa.com/ [dostęp 29.05.2020].
• 16. W. Kozioł, A. Ciepliński, Ł. Machnik, A. Borcz, “Kruszywa w budownictwie. Cz. 2. Kruszywa alternatywne”, Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, Wrzesień-Październik: 35-39, 2015.
• 17. D. Kukielska, “Kruszywa z surowców odpadowych – kruszywa dla drogownictwa”, Magazyn Autostrady 3: 44-45, 2017.
• 18. A. Lewandowska, M. Rospondek, “Geochemistry of volcanics of the Zalas area near Kraków, South Poland”, Polskie Towarzystwo Mineralogiczne - Prace Specjalne 23: 119-121, 2003.
• 19. T. Mikoś, E. Stewarski, “Górnicza eksploatacja hałd odpadów pohutniczych”, Warsztaty z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”, Mat. Symp.: 435-451, 2003.
• 20. H. Motz, J. Geiseler, “Products of steel slags an opportunity to save natural resources”, Waste Management 21(3): 285-293, 2001.
• 21. PN-78/B-06714/40 Kruszywa mineralne. Badania. Oznaczanie wytrzymałości na miażdżenie.
• 22. PN-97/Z-15009 – Odpady stałe. Przygotowanie wyciągu wodnego.
• 23. PN-98/Z150012 - Odpady stałe.
• 24. PN-B-11110:1996 Surowce skalne lite do produkcji kruszyw łamanych stosowanych w budownictwie drogowym.
• 25. PN-EN 1097-2 Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw. Część 2. Oznaczanie odporności na rozdrabnianie.
• 26. PN-EN 1097-6 Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw. Część 6. Oznaczanie gęstości ziaren i nasiąkliwości.
• 27. PN-EN 13242 Kruszywa do niezwiązanych i związanych hydraulicznie materiałów stosowanych w obiektach budowlanych i budownictwie drogowym.
• 28. PN-EN 1367-1 Badania właściwości cieplnych i odporności kruszyw na działanie czynników atmosferycznych. Część 1. Oznaczanie mrozoodporności.
• 29. A. Pribulová, P. Futáš, M. Bartošová, J. Petrík, “Utilization of slags from foundry process”, Journal of Casting & Materials Engineering 1(4): 103-109, 2017.
• 30. A. S. Reddy, R. K. Pradhan, S. Chandra, “Utilization of basic oxygen furnace (BOF) slag in the production of a hydraulic cement binder”, International Journal of Mineral Processing 79(2): 98-105, 2006.
• 31. C. Shi, “Steel slag – its production, processing, characteristics, and cementitious properties”, Journal of Materials in Civil Engineering 16(3): 230-236, 2004.
• 32. T. Sofilić, V. Merle, A. Rastovčan-Mioč, M. Ćosić, U. Sofilić, “Steel slag instead natural aggregate in asphalt mixture”, Archives od Metallurgy and Materials 55(3): 657-668, 2010.
• 33. Sz. Węgliński, M. Babiak, A. Ratajczak, “Porównanie wybranych cech kruszyw łamanych i recyklingowych stosowanych w budownictwie wg norm zharmonizowanych”, Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej - Archives of Institute of Civil Engineering 24: 369-385, 2017.
• 34. A. Wolska, “Skład petrograficzny i chemiczny diabazu z Niedźwiedziej Góry”, Przegląd Geologiczny 1: 391-396, 1984.
• 35. P. Wowkonowicz, A. Bojanowicz-Bablok, B. Gworek, “Wykorzystanie odpadów z przemysłu wydobywczego i hutnictwa w drogownictwie”, Annual Set The Environment Protection – Rocznik Ochrona Środowiska 20: 1335-1349, 2018.
• 36. Wymagania techniczne. Mieszanki niezwiązane do dróg krajowych. WT-4. GDDKiA, Warszawa 2010.
• 37. Wymagania techniczne. Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym do dróg krajowych. WT-5. GDDKiA, Warszawa 2010.
• 38. I. Z. Yildirim, M. Prezzi, “Chemical, mineralogical, and morphological properties of steel slag”, Hindawi Publishing Corporation Advances in Civil Engineering: 1-13, 2011.