Utilization Range of By-Products from Coal Combustion in Earth Structures of Transport Infrastructure

• Autorzy: Mraz Vaclav , Suda Jan , Lojda Vit , Culka Adam , Trubac Jakub

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2020-01-54

Warianty tytułu

PL

Zakres wykorzystania ubocznych produktów spalania węgla w infrastrukturze transportowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In transportation engineering, earthwork is the main structural material which geotechnical properties can be positively modified with admixtures. This article focuses on the application of energy by-products in earthwork of transportation line structures and summarizes their advantages and define the scope of their utilization. Earthwork construction demands the considerable volume of quality material and therefore, the effort to optimize traditional material substitution is made. One possibility is to apply solid by-products emerging when combusting coal, which is referred to as secondary energy products. These include various types of fly-ash, slag, bottom ash or gypsum. Requisite for their further widespread utilization is the application in the construction and modernization of transport infrastructure, including road and rail construction, or in the case of flood control dams within the framework of water management measures against flooding. They can be utilized also as municipal waste dumps covering. However, the application of fly ashes in earthwork constructions delivers certain limits. When contacting with rain ingress or groundwater, the leaching containing heavy and toxic metals depending on energy by-product type may occur. Alternatively, the limitation of their application can be relatively low mechanical resistance to cyclic saturation and frost effect and consequent volume changes. This article deals with long-term observation results of the energy by-products saturation and additivity influence on volume changes. For the investigation purpose of failure causes, the phase composition using X-ray crystallography and Raman spectroscopy was determined.

PL

W inżynierii transportu masy ziemne są głównym materiałem konstrukcyjnym, którego właściwości geotechniczne można pozytywnie modyfikować za pomocą domieszek. Artykuł koncentruje się na zastosowaniu produktów ubocznych spalania w pracach ziemnych w konstrukcji linii transportowych ocenia ich zalety oraz określa zakres ich wykorzystania. Konstrukcja robót ziemnych wymaga znacznej ilości wysokiej jakości materiału, dlatego podejmowane są wysiłki w celu optymalizacji zastępowania materiałów. Jedną z możliwości jest zastosowanie stałych ubocznych produktów spalania węgla, które są określane jako wtórne produkty energetyczne. Należą do nich różne rodzaje popiołów lotnych, żużli, popiołów dennych lub gipsu. Kierunkiem ich wykorzystania jest zastosowanie w budowie i modernizacji infrastruktury transportowej, w tym w budownictwie drogowym, kolejowym, budowie zapór przeciwpowodziowych. Zastosowanie popiołów lotnych w konstrukcjach ziemnych ma jednak pewne ograniczenia. Podczas kontaktu z wnikającymi deszczami lub wodami gruntowymi może wystąpić ługowanie metali ciężkich i toksycznych w zależności od składu ubocznego produktu spalania. Ograniczeniem ich zastosowania może być względnie niska odporność mechaniczna i mrozoodporność. Artykuł dotyczy wyników długoterminowych obserwacji dodatku ubocznych produktów spalania na zmiany objętości. Skład fazowy określono za pomocą krystalografii rentgenowskiej i spektroskopii Ramana.

Słowa kluczowe

EN

coal combustion; fly ash; earth structures; transport infrastructure; volume changes; ettringite

PL

spalanie węgla; popioły lotne; struktura gruntu; infrastruktura transportowa; zmiany objętości; ettringit

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2020
• Tom: no. 1, vol. 2
• Strony: 131--138
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Mraz Vaclav

• Czech Technical University in Prague, Faculty of Civil Engineering, Thákurova 7, 166 29 Praha, Czech Republic

autor

Suda Jan

• Czech Technical University in Prague, Faculty of Civil Engineering, Thákurova 7, 166 29 Praha, Czech Republic

autor

Lojda Vit

• Czech Technical University in Prague, Faculty of Civil Engineering, Thákurova 7, 166 29 Praha, Czech Republic

autor

Culka Adam

• Charles University, Faculty of Science, Institute of Geochemistry, Albertov 6, 128 43 Praha, Czech Republic

autor

Trubac Jakub

• Charles University, Faculty of Science, Institute of Geochemistry, Albertov 6, 128 43 Praha, Czech Republic

Bibliografia

• 1. ROUGH, Adrian, ATKINSON, Alan. Micro-Raman spectroscopy of thaumasite. In Cement Concrete Research 31, 2001, p. 421-424, ISSN: 0008-8846.
• 2. CHEN, Zhiguo, WANG, Zheren, WANG, Xiwei, and ZHAO, Yufeng. Study on the Frost Resistance Test Method of Lime-Fly Ash Stabilized Material Base Course, Proceeding of the ICCTP 2009, Harbin, China, Aug 5-9, 2009.
• 3. DEB, Stephan et al. Raman scattering and x-ray diffraction study of the thermal decomposition of an ettringite-group crystal. In Phys Chem Minerals 30, 2003, p. 31-38, ISSN: 1432-2021.
• 4. DERMATAS, Dimitris. Ettringite-Induced Swelling in Soils: State-of-the-art. In Applied Mechanics Review, Vol.48, No. 10, 1995, pp. 659-673, ISSN:2379-0407.
• 5. FEČKO, Peter et al. Fly ash. Monograph, Ostrava: Publishing services department VŠB-TU Ostrava, 2005, p. 191, ISBN 80-248-0836-6.
• 6. KRESTA František. Secondary materials in highway engineering, Publishing services department VŠB-TU Ostrava, 2012, p. 144, ISBN 978-80-248-2890-0.
• 7. LIDMILA, Martin, et al.: Fly ash-based stabilizer in railway trackbed, Monograph, University of technology in Brno, p. 125, 2015, ISBN 978-80-214-5250-3.
• 8. LOJDA, Vít et al. Microstructural Analysis of Fly Ash-Based Stabilizer for Track Bed. In Key Engineering Materials 731, 2017, p. 66–73. ISSN 1662-9795.
• 9. MRÁZ, Václav et al. Experimental Assessment of Fly-Ash Stabilized and Recycled Mixes, In Journal of Testing and Evaluation, ASTM, Philadelphia, 2015, p. 264 – 278, ISSN:0090-3973.
• 10. SEAR, Lindon. Properties and Use of Coal Fly Ash. London: Thomas Telford Ltd, 2001. ISBN: 9780727738479 072773847X.
• 11. SUNAGA, Makoto, Sekine, Etsuo. Utilization of Fly Ash as Materials for Railway Embankment, In Japanese Railway Engineering 121, 1992, p. 13, ISSN 0448-8938.
• 12. VANÍČEK, Martin. Contaminant transport in the host rock, numerical modelling and laboratory work, Ph.D. thesis, CTU in Prague Publishing house, p. 128.
• 13. VUKIĆEVIĆ, Mirjana et al. Fly Ash and Slag Utilization for the Serbian Railway Substructure, In Vilnius Gediminas Technical University (VGTU) Press, 2016, ISSN 1648-4142.
• 14. YOON, Sungmin, BALUNAINI, Umashankar and PREZZI, Monica. Forensic Examination of the Severe Heaving of an Embankment Constructed with Fluidized-Bed-Combustion (FBC) Ash, In Journal of the Transportation Research Board (TRB), National Research Council, 2007, ISSN: 2169-4052.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).