Transcript Sintetična sadra - Geotehnički fakultet

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova 2, Ljubljana
Sintetične sadre (gipsi)
Obnašanje pri zgoščanju in stabilnost na
odlagališčih - slovenske izkušnje
doc.dr. Ana Petkovšek
Inženjerstvo okoliša 2012, Geotehnički fakultet Varaždin
9. in 10. 5.2012
Vsebina
1.
2.
3.
4.
5.
Naravna/sintetična sadra
Fizikalne lastnosti sintetičnih sader
Kaj se dogaja v odlagališčih sadre
Raziskave v Sloveniji
Zaključki
Naravna/sintetična sadra
Naravna sadra
Sintetična sadra
Sadra (CaSO4 x 2H2O)
Po nastanku:
v naravi pogost sulfatni mineral,
lahko nastopa skupaj z anhidritom
(CaSO4) in drugimi solmi
Po nastanku:
- sedimentnega izvora
- vulkanskega izvora
- produkt razpada sulfidnih
mineralov v karbonatih
H2SO4 + H2O+CaCO3
CaSO4x2H2O + CO2 in/ali
H2SO4 + Ca(OH)2
CaSO4x2H2O
Dva glavna vira:
− Energetski objekti: energetska
sadra, FGD gypsum
− Industrija - kemična sadra:
fosforna, titanska, steklarska,
uranska, organo (citronska, …)
Naravna sadra - odlično gradivo
V naravi: prozoren kristal, drobno zrnat alabaster
(Volterra), puščavska roža, v metrskih skladih ali
mikronskih kristalih
1
1
S
P
1
Edinstvena lastnost
3 P- pirit, S- sadra
Velika uporaba: v gradbeništvu, kmetijstvu, medicini, filmu
1 http://www.google.si/search?q=selenit&hl=sl&rlz=1W1ADFA_enSI459
4
Sintetična sadra
Suspenzija/(slurry)
Filtrski kolač (filter cake)
Nevezljiv (nekoheziven)
Vezljiv (koheziven), dvojna poroznost
5
Naravna sadra v geotehniki–
potencialna nevarnost
−
−
−
−
−
Nabrekanje (CaSO4  CaSO4 x 2H2O; Alonso et all, 2007)
Sulfatni napad v betonu in stabiliziranih zemljinah
Progresivni razpad – deterioracija kamnin
Pokanje in nastajanje mehurjev v asfaltu
Druge škodljive reakcije zaradi izločanja sulfatov iz
porne vode (obloge v drenažnih in kanalizacijskih
ceveh)
6
Veliko oblik sulfatnega “napada”
Etringit v betonu – predor Ljubno
Pirit in sadra, oligocenska glina, Ljubno- SLO
7
Razpad flišnih kamnin –Slano blato
SO4:120-752 mg/l
Cl: 1,8 – 71 mg/l
“Spomladi 1786 se je od Čavna
odtrgala velikanska gmota in
zapolnila dolino z razpadlo
kamnino, mineralizirano vodo in
blatom …” (B. Haquet, 1789)
8
Mehčanje kamnin, plaz Slano blato
9
Sintetična sadra –uporaba
Lahko enakovredno nadomesti naravno sadro. Toda:
• Primesi: za zdravje ali
okolje škodljive primesi
(Pb, Sb, druge spojine,
radionuklidi)
• Uravnoteženost
povpraševanje –
proizvodnja
• Obarvanost
• Dolgoročna politika
spodbuja ali zavira
• Velike količine
• Možnost odlaganja
• Visoka topnost v
vodi (2 g/l); 20-30
g/kg ss (največja omejitev
za zemeljska dela)
• Zahteve zaščite okolja,
ki določajo ceno
tla in pokrov,način ravnanja z
izcednimi vodami, globalna
varnost, klimatske razmere
10
Sintetične sadre v Sloveniji
Različne proizvodnje:
–
–
–
–
–
–
Titanska
Uranska
Fosforna
Steklarska
Organska
Energetska
Leto
Proizvodnja
ton
1992
150 000
2002*
430 000
2007
700 000
Trenutna proizvodnja:
– Energetske s.
– Titanove s.
Koristna raba:
–
–
–
–
–
Prodaja v cementarne
Prodaja industriji gipsa
Prodaja za kmetijstvo
Zapolnjevanje jamskih p.
STS tehnično soglasje
(ZAG) za površinske
zapolnitve
* Napoved IKROS (Gačeša, 1992): za leto 2000: 165 000 ton
11
Odlaganje sadre v Sloveniji
• Mokro odlaganje v akumulacije (končano
2008)
• Suho odlaganje na mono deponijah
• Skupno odlaganje energetske sadre z EF
pepelom in žlindro
• Skupno odlaganje z drugimi odpadki
(končano pred letom 2005)
12
Mokro odlaganje (1970 - 2008)
Najvišji nasuti zemeljski pregradi
grajeni po načelu visokih pregrad
H = 41 m (Bukovžlak)
H = 49 m (Za Travnikom)
13
“Suho” odlaganje
14
Suho odlaganje sadre z EFP
Eno prvih poskusnih polj
EFP+sadra
Zemeljske pregrade, grajene z uporabo EF pepela in
sadre
15
Fizikalne lastnosti sintetične sadre
100
1600
90
1500
dry density  d (kg/m3)
80
Passing (%)
70
60
50
FGD
Ti
U1
U2
U3
U4
Glass
40
30
20
10
1400
1300
Glass
1200
FGD 1
1100
FGD 2
Ti 1
1000
Ti 2
Ti 3
900
P
800
0
0,001
0,01
0,1
grain size, D (mm)
1
0
10
20
30
40
50
gravimetric water content w (%)
60
600
500
(s1'-s3')/2
400
300
200
100
stress paths
w:
Atterberg. m.:
:
k:
wopt:
dmax:
7 -80 %
ni, nizko plastična
34 – 400
10-6 -10-9 m/s
15-45 %
1,1 – 1,5 t/m3
D10:
0,01 – 0,001 mm
0
0
100
200
300
400 500 600
(s1'+s3')/2
700
800
900
16
Mikroskopski nivo: usmerjena zrna
Sintetična sadra
Zemljina:
Levo zgoraj: (kaolinit)-predor Šentvid
Levo spodaj: sivica
17
Usmerjena rast - značilnost sadre
Energetska s.
Titanska s.
Steklarska s.
18
Značilnost zgoščenega stanja
Energetska sadra
Kamena moka
Peščena glina
19
Lastnosti
• Je slabo graduirana
• Usmerjena rast zrn
• Prevladuje sulfat (SO42ca 40 %)
• Je topna, porne vode so
bogate s topnimi
komponentami (sulfat,
klorid…)
• Težavno določanje
referenčne vlage itd.
/
posledice
• Počasna sedimentacija
• Težavno zgoščanje
• Nestabilna struktura
• Raztapljanje in
rekristalizacija
• Spreminjanje fizikalnih
lastnosti
• VARNOST
20
Počasna sedimentacija
21
Posledice počasne sedimentacije
0
0
5
globina (m)
globina (m)
5
10
S1 1983
10
TRAVNIK-pod nasipom
TRAVNIK-z vrha jezera
S1 1983
S2 1983
S2 1983
S3 1983
15
15
S3 1983
20
20
0
50
100
150
w (%)
200
250
300
0,4
0,6
0,8
1
1,2
ρd (t/m3)
Preoptimistični projektni podatki (1970 – 1976).
Akumulacija se veliko hitreje polni kot je bilo s projektom predvideno
22
Tiksotropija
Sveži kolač
qu > 100 kPa
23
Tiksotropija: transport/vgradnja
Foto levo: Zmago Logar
24
Diageneza v deponiji (20 let kasneje)
1 – površina.
3 –globina ca19 m
1
2 – globina 12 m
4 - dno, sadra v
filtrskem geosintetiku
25
Diageneza v deponiji (20 let kasneje)
Na 12 m
Pri dnu
Soli Na, K, Cl
Fe
26
Varnost?
površina
Pri dnu
Fizikalne lastnosti se popolnoma spreminjajo
Podzemna voda se dviga
Občutljivost na potres narašča
Odlagališča ni možno enostavno zapreti
27
Kaj smo se naučili
• Potrebne so multidisciplinarne raziskave
– Geomehanske, dinamične, reološke
– Mineraloške
– Kemične/kemija pornih vod
• Dolgoročno opazovanje/vzdrževanje
objektov po sanaciji
• Potrebno je graditi poskusne nasipe/
tehnološke preiskave v velikem merilu
28
Napredne raziskave v labu
Enostavni ciklični direktni strig
Testi na potresni mizi
29
Zapiranje odlagališč sadre –
stabilnost “na dolgi rok”
5 – testiranje
pokrova
4
1
2
30
Prehod iz mokrega na suho odlaganje
Obrat za ožemanje
Sesalni bager
+ Življenjska doba
+ Prostor
+ VARNOST
- Vzdrževanje
- Opazovanje
Suho odlaganje v bazen
31
Umetni priobalni pas in izkoriščanje
tiksotropije
32
Visoki učinki suhega odlaganja
0
0
DMT
S1 1983
S2 1983
S3 1983
5
10
globina (m)
globina (m)
5
TRAVNIK -vrtina
TRAVNIK-pod nasipom
TRAVNIK-z vrha jezera
10
S1 1983
S2 1983
S3 1983
15
15
20
0,40
20
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
3
ρd (t/m )
Suha gostota po globini, prej-potem
1,30
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
cu (kPa)
Nedrenirana trdnost po globini
33
Gradnja in učenje na poskusnih
nasipih
Poskusni nasip
Površina nekdanje gošče (>10m)
34
Zaključek
• Konvencionalne geotehnične raziskave ne
identificirajo pomembnih lastnosti/obnašanja
kemične sadre
• Odločujoč je vpliv strukture in pornih vod – še ne
znamo opisati s sedanjimi znanji
• Vpliv časovne komponente na dogajanja v nasipih
iz sadre je drugačen kot v zemljinah
• Velik vpliv lokalnega okolja
• Potrebne so nadaljnje raziskave in…
35
…izmenjava izkušenj
Hvala!