Use of fly-ash for the production of hydraulic binding agents and for soil stabilisation
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2012;28(4):15–28
 
KEYWORDS
ABSTRACT
Fly-ash is a form of production waste produced as a result of the burning of coal for energy production. Millions of tonnes of this waste are produced worldwide every year; hence it is extremely important to dispose of it in a useful way, including through treating the initial raw material to obtain amaterial of higher quality. The aim of the present work is to determine the suitability of processed fly-ash from lignite for reinforcing (stabilizing) soils used in the building of road foundations and embankments. The results provide a method of recycling this waste while at the same time obtaining new materials and technologies for use in road building. This is an important issue both environmentally and in terms of the positive effect that processed fly-ash can have on the stability of road structures. This article presents the results of experiments carried out using fly-ash produced from lignite at the Pątnów Power Plant. This ash was first modified (activated) using a Wapeco magnetic activator, and then used to produce hydraulic binders (with the addition of cement) and soil-binder mixtures. These mixtures were made using natural soils from seven different deposits in the Lubuskie region (western Poland). They were stabilized using two hydraulic binders (strength ratings 3 MPa and 9 MPa) added in different amounts (6% and 8% relative to the mass of the soil). During the experiment, a determination was made of the increase in the strength of the analysed samples (after 14, 28, and 42 days) and the increase in the bearing ratio (immediately after consolidation and after 7 days). Interpretation of the results of the experiment made it possible to assess the dynamics of the increase in compression strength and load-bearing capacity of various soils stabilized with hydraulic binders produced from lignite ash, and to indicate possibilities for the use of these materials. The analysis showed that it is possible to use these binders for the stabilisation of soils, enabling soils formerly considered to have weak load-bearing capacity (clayey sand; clayey, sandy gravel; clays) to be classified as fully usable in road construction.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Zastosowanie popiołów lotnych do produkcji spoiw hydraulicznych i wzmacniania gruntu
popiół lotny, stabilizacja gruntów, hydrauliczne spoiwa drogowe, mieszanka gruntowo-spoiwowa
Popiół lotny jest odpadem produkcyjnym, wytwarzanym w wyniku spalania węgla w kotłach energetycznych. Rocznie na świecie wytwarza się miliony ton tego odpadu, stąd niezwykle ważne jest umiejętne jego zagospodarowanie, w tym - uzyskanie materiału o wyższej jakości niż zastosowany produkt wyjściowy. Celem pracy jest określenie przydatności przetworzonych popiołów lotnych z węgla brunatnego do wzmocnienia (stabilizacji) gruntów stosowanych w budowie nasypów drogowych oraz podbudowy dróg. Wyniki pracy są sposobem na utylizację odpadów, a jednocześnie - uzyskanie nowych materiałów i technologii w budowie obiektów liniowych. Jest to zagadnienie istotne zarówno z punktu widzenia ochrony środowiska przyrodniczego, jak i pozytywnego wpływu przetworzonych popiołów lotnych na trwałość obiektów drogowych. W pracy przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych na popiołach lotnych z węgla brunatnego wytwarzanych w Elektrowni Pątnów. Popioły te zostały najpierw zmodyfikowane (aktywowane) za pomocą 'aktywatora magnetycznego Wapeco', a następnie - użyte do wytworzenia spoiw hydraulicznych (z dodatkiem cementu) oraz mieszanek gruntowo-spoiwowych. Poszczególne mieszanki sporządzono na bazie surowców mineralnych zalegających w siedmiu różnych złożach regionu lubuskiego (zachodnia Polska). Zastabilizowano je dwoma spoiwami hydraulicznymi (o wytrzymałości 3 i 9 MPa), przy zróżnicowanym dodatku spoiwa hydraulicznego (6% i 8% w stosunku do masy gruntu). Podczas badań określono przyrost wytrzymałości badanych próbek (po upływie czasu: 14, 28 i 42 dni) oraz przyrost wskaźnika nośności (bezpośrednio po zagęszczeniu i po 7 dniach). Interpretacja wyników badań pozwoliła na ocenę dynamiki wzrostu wytrzymałości na ściskanie i nośności różnych gruntów zastabilizowanych spoiwami hydraulicznymi, wytworzonymi na bazie popiołu lotnego z węgla brunatnego, oraz - wskazanie możliwości zastosowania tych materiałów. Przeprowadzona analiza wykazała, że istnieje możliwość wzmocnienia gruntów za pomocą tych spoiw, a następnie - zaliczenia gruntów uznawanych dotychczas za słabonośne (tj. piaski gliniaste, pospółki gliniaste, gliny) do materiałów w pełni przydatnych w budownictwie drogowym.
 
REFERENCES (27)
1.
Ćwiąkała M., Kmiotek B., 2008 - Method for producing hydraulic binding agent in a form of activated fly ash, activated fly ash, hydraulic binding agent, sulphur or cement concrete, mineral-asphalt mixture and application of the activated fly ash. Patent application No. EP-08173125.9, European Patent Office,Warsaw.
 
2.
Ćwiąkała et al. 2008 - Ćwiąkała M., Szymańska J., Sosiński R., Nowa k W., 2008 - Activation of lignite fly-ash from Pątnów Power Plant in an electromagnetic mill. Inżynieria i Ochrona Środowiska Vol. II No. 4, Wydawnictwo PAN, 491-502.
 
3.
Gajewska B., 2007 - Non-standardized methods of reinforcing subgrade. Seminarium IBDiM i PZWFS - Wzmacnianie podłoża gruntowego i fundamentów budowli, 73-82.
 
4.
Gajewska B., Kłosiński B., 2011 - Development of methods of reinforcing soil subgrade. Seminarium IBDiM i PZWFS - Wzmacnianie podłoża gruntowego i fundamentów budowli, 13-54.
 
5.
Halbiniak J., Ćwiąkała M., 2010 - Principles for the design of concretes depending on composition. Materiały Budowlane No. 3/2010, Wydawnictwo Czasopism i Książek Technicznych Sigma-Not, 51-53.
 
6.
Kłosiński B., 2007 - Modern methods of reinforcing subgrade and structure foundations. Seminarium IBDiM i PZWFS - Wzmacnianie podłoża gruntowego i fundamentów budowli, 1-38.
 
7.
Kołodziejczyk et al. 2009 - Kołodziejczyk U., Ćwiąkała M., Widuch A., Halbiniak J., Rojna A., 2009 - Road foundations. Foundations made of soils or aggregates stabilized with hydraulic binders. Guidance on the design of hydraulic binder and soil-bindermixtures using combustion by-products, Warunki techniczne wykonania i odbioru dróg i mostów - Poradnik kierownika budowy i inspektora nadzoru, Wydawnictwo Verlag Dashofer, Warsaw.
 
8.
Kraszewski C., 2009 - Aggregate and soils bound hydraulically in road structures. Drogownictwo No. 3/2009, 98-103.
 
9.
Kraszewski et al. 2003 - Kraszewski C., Pachowski J., Szczygielski T., 2003 - Study of the usefulness of ash from Pątnów Power Plant in road construction. Popioły w drogownictwie: seminarium techniczne, Licheń Stary.
 
10.
Kurdowski W., 2010 - The chemistry of cement and concrete. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warsaw.
 
11.
Pachowski J., 1976 - Fly-ash and its use in road construction. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warsaw.
 
12.
Pachowski J., 2002 - Development of the technology of creation of power plant by-products and their description and possible uses in road construction technologies. IBDiM Kwartalnik Drogi i Mosty No. 1/2002, 59-99.
 
13.
PN-B-04481 - Construction soils. Testing of soil specimens, PKN, Warsaw 1988.
 
14.
PN-EN 196-6 - Methods of testing cement. Determination of degree of granularity, PKN, Warsaw 1997.
 
15.
PN-EN 196-3 - Methods of testing cement. Determination of times of setting and stability of volume, PKN, Warsaw 2006.
 
16.
PN-EN 196-1 - Methods of testing cement. Determination of strength, PKN, Warsaw 2006.
 
17.
PN-EN 450-1 - Fly-ash for concrete. Definitions, specifications and compliance criteria, PKN, Warsaw 2007.
 
18.
PN-S-96012 - Roads. Foundation and improved subgrade using soil stabilized with cement, PKN,Warsaw 1997.
 
19.
PN-S-02205 - Roads. Earthworks. Requirements and tests, PKN, Warsaw 1998.
 
20.
Rafalski L., 2007 - Road foundations. Studies and materials Vol. 59, Wydawnictwo Instytutu Badawczego Dróg i Mostów, Warsaw.
 
21.
Škvára et al. 2009 - Škvára F., Kopecký L., Šmilauer V., Bittnar Z., 2009 - Material and structural characterization of alkali activated low-calcium brown coal fly ash. Journal of Hazardous Materials No. 168 (2009), 711-720.
 
22.
Sybilski D., Kraszewski C., 2004 - Evaluation and testing of selected industrial wastes for use in road structures, Wydawnictwo IBDiM, Warsaw.
 
23.
. Technical Approval 2009 - Wapeco I Hydraulic road binder, Roads and Bridges Research Institute, No. AT/200903-2510, Warsaw.
 
24.
Widuch A., Ćwiąkała M. 2010 - Use of lignite fly-ash in transport construction. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Zielonogórskiego No 137, 158-168.
 
25.
Widuch et al. 2011a - Widuch A., Ćwiąkała M., Korzeniowska J., 2011a - Innovative road binders for soil reinforcement and improvement. Materiały konferencyjne "Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej" podczas LIV Technicznych Dni Drogowych, 87-98.
 
26.
Widuch et al. 2011b - Widuch A., Ćwiąkała M., Korzeniowska J., Kraszewski C., 2011b - Possibilities of industrial use of lignite fly-ash in road construction. Drogownictwo No. 12/2011, 390-394.
 
27.
Wiłun Z., 2008 - Outline of geotechnics. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warsaw.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953