Provvägsförsök Gärstad 1987 : slagger från kol- och sopförbränning: lägesrapport 88-03

VTInotat

Nummer:

v 59

Datum:

1988-03-08

Titel:

Provvägsförsök Gärstad 1987.

Slagger från kol- och sopförbränning. Lägesrapport 88-03

Författare:

Torbjörn Jacobsson och Peet Höbeda

Avdelning:

Vägavdelningen (Materialsektionen)

Projektnummer:

42354-1

Projektnamn:

Uppföljning av provvä.g med restprodukter från Gärstad, Linköping.

Uppdragsgivare:

Reforsk / SGI

Distribution: fri /

Statens väg- och trafikinstitut

Pa: 5 8 1 0 1 Linköping. Tel. 013-115200. VTISGIS Besök: Olaus Magnus väg 37, Linköping

SAMMANFATTNING

1 Inledning

2 Förprovning på laboratoriet

2.1 Provtagning

2.2 Karakterisering av undersökta material 2.3 Packningsegenskaper

2.4 Stabilitet enligt CBR- och SEB- provning 3 Beskrivning av prowägens byggande

3.1 Uppbyggnad

3.2 Utförande

3.3 Materialkontroller

4 Provningar efter vägens färdigställande 4.1 Fa11vikt smä tning

4.2 Jämnhetsmätning

4.3 Tjälgränsmätare och grundvattenrör

4.4 Besiktning

4.5 Fortsatt provning

1 INLEDNING

Slagger från förbränningsanläggningar blir allt mer

aktuella som vägmaterial, särskilt i regioner med brist på naturmaterial. För en storskalig användning krävs dock bättre kunskaper, dels om eventuella miljörisker, dels vägtekniska egenskaper.

Undersökningen har initieras av Tekniska Verken i Linköping och utarbetats av en arbetsgrupp med representanter från Gatukontoret, Tekniska Verken, Länstyrelsen, Miljö o Hälsoskyddskontoret, Statens Geotekniska Institut, Vägverket och Väg- och

Trafikinstitutet, samtliga Linköping, samt AB Vägmaskiner, Norrköping.

Senare har prowägsundersökningen samordnats med SYSAV, Malmö, till ett gemensamt projekt 768 - slagganvändning - Teknik och Miljö.

2 FÖRPROVNING PÅ LABORATORIET

2.1 Provtagning

VTI erhöll sommaren 1987 prov på slagg från sop- och kolförbränning som deponeras vid Linköpings soptipp. Provtagningen utfördes av personal från AB Vägmaskiner som även ansvarar för deponeringen av nämnda material vid Gärstads avfallsupplag. Ca 100 kg prov vardera av de båda

slaggerna togs ur upplagen.

2.2 Karakterisering av undersökta material

Kornstorleksfördelningen framgår av figur 1.

Glödgningsförlusten för kolslagg bestämdes till 36.4 och för sopförbränningsslagg till 7.0

Z.

Bestämningarna

utfördes på material < 4.76 mm vid en temperatur av 950 grader C. En ”petrografisk" undersökning av

sopförbränningsslaggen (förkortas ibland till sopslagg) redovisas i tabell 1.

2.3 Packningsegenskaper

Materialens packningegenskaper har bestämts genom tung instampning (SIS 027109). Prov instampas vid olika vattenkvoter. Resultaten framgår av figur 2.

2.4 Stabilitet enligt CBR- och SEB- provning

CBR-provningen har utförts enligt ASTM D1338 och är ett mått på materialets penetrationsmotstånd som främst beror på skjuvhållfastheteten hos provet. Provningen är utförd vid optimal vattenkvot och någon överlast har ej använts vid fösöket.

SEB-provningen (Swedish Earth Bearing Method , VTI-metod) bestämmer materialets elasticitetsmodul vid statisk

plattbelastning. Materialens E-modul har bestämts vid optimal vattenkvot, efter vattenmättning och efter en månads lagring. Provningarna är gjorda både utan och med överlast motsvarande 50 cm överbyggnad.

Resultaten redovisas i tabell 2.

3 BESKRIVNING AV PROWÄGENS BYGGANDE

3.1 Uppbyggnad

Provsträckorna är belägna på en tillfartsslinga från Ekängsvägen till reningsverket vid Nykvarn. Årsmedel- dygnstrafiken (ÅDT) beräknas till ca 50 fordon/dygn med en fördelning mellan lätt och tung trafik 75/25.

Prowägen består av 5 provsträckor a 30 meters längd och 5 meters bredd. Två sträckor innehåller kolslagg, två

sopförbränningsslagg medan en sträcka (referens) har normal överbyggnad (grus). Provsträckornas uppbyggnad framgår av figur 3.

3.2 Utförande

Redovisning görs av Vägmaskiner AB

3.3 Materialkontroller

I samband med byggandet av provsträckorna togs prov på kol- och sopslagg före och efter utlastning och packning

på vägen. Avsikten var bl.a att studera eventuell

nedkrossning av materialen. Prov togs även på bärlager och förstärkningslagergrus.

Proverna analyserades på laboratoriet med avseende på kornstorleksfördelning, vattenkvot, glödgningsförlust, densitet, petrografi, packnings- och stabilitets- egenskaper dvs ungefär samma undersökningar som vid förprovningen.

Nedkrossning vid utlastning och vältning framgår av figurerna 4 och 5 där kol- resp. sopslaggernas

kornstorleksfördelning före och efter packning redovisas. Vattenkvot och kornstorleksfördelning på respektive sträcka redovisas i tabell 3.

I figurerna 6 och 7 redovisas kornstorleksfördelningen på bärlager- resp förstärkningslager av grus.

Glödgningsförlusten vid 950 grader C bestämdes för kolslaggen till 33.0 Z och för sopslaggen till 8.7 Z. Densitetsbestämningar enligt ASTM redovisas i tabell 4.

"Petrografisk" undersökning av sopslaggen framgår av tabell 5.

Packningskurvor erhållna enligt tung instampning redovisa i figurerna 8 och 9.

CBR- och SEB-undersökningar framgår av tabell 6. CBR-provningarna är gjorda utan överlast medan SEB-provningarna är gjorda med och utan överlast motsvarande 35 cm överbyggnad.

4 PROVNINGAR EFTER VÄGENS FÄRDIGSTÄLLANDE

4.1 Fallviktsmätning

Bärighetsmätning med fallvikt utfördes på provvägen den 87.11.21. Mätningen gjordes med VTI:s 5 tons fallvikts- deflektometer (FWD) varvid deflektionen (nedsjunkningen) mättes dels i belastningscentrum, dels i en punkt 45 cm från centrum. Mätförfarandet möjliggör bestämning av dels vägens medelmodul (hela vägkonstruktionens bärighet), dels lagermoduler hos en tvåskiktskonstruktion. Resultatet av mätningarna framgår av tabell 7.

4.2 Jämnhetsmätning

Jämnheten i vägens tvärled har mätts med Primalutrustning. Primalen är ett instrument som mäter vägytans profil och vars mätprincip bygger på laserteknink. En första mätning gjordes 880115.

Resultaten redovisas i ett senare skede.

4.3 Tjälgränsmätare och grundvattenrör

På sträckorna 1 (kolslagg), 4 (sopslagg) och 5 (referens) installerades tjälgränsmätare hösten 1987. Avläsningar görs var tionde dag under vintern. Ett grundvattenrör för bestämning av grundvattennivån under vägen placerades mitt på sträcka 3. Grundvattenröret når ner till 2.5 meter under vägytan.

4.4 Besiktning

Sprick- och skadekarteringar avses att göras vår och höst. Vintern 1987-88 fanns inga skador att rapportera.

4.5 Fortsatt provning

Se provprogram (bilaga 1).

5 BEDÖMNING

Slagg från koleldning har en mycket hög glödgningsförlust, ca 36 Z. Det är poröst och får låg torr skrymdensitet efter packning (tung instampning). Materialet är inte vattenkänsligt.

Slagg från sopförbränning har en glödgningsförlust på 7 Den "petrografiska" analysen visar att ca 25

Z

järnskrot förekommer i materialet. Materialet från vägen har oväntat nog ingen optimal vattenhalt vid instampning. Torra skrymdensiteten ökar med vattenkvoten till vattenseparation vid ca 20

Z

vatténkvot. Tidigare undersökt prov, taget ur upplag, visade en optimal vattenkvot på 10 Z. Detta material hade jämfört med vägprovet en kornstorleksfördelning med "sandpuckel" och lagrade sig härvid till lägre torr skrymdensitet vid tung instampning.

Kolslaggen krossades avsevärt vid utläggning till skillnad från sopförbränningsslaggen. Krossningen är betydligt större än vid tidigare provning av kolslagg från Händelöverken i Norrköping, jfr VTI Notat 27.

Laboratorieprovningarna av CBR- och SEB- värde visade att vägproven av båda slaggerna gav något bättre värden än proven från förprovningen (den torra skrymdensiteten blev också något högre för vägproven i båda fallen). Kolslaggen visar ingen vattenkänslighet enligt de båda provningarna. Enligt CBR-provning är sopförbrännings- slaggen (vägprov) inte vattenkänslig. Troligen har

materialet inte vattenmättats vid normerad 4-dygnslagring. CBR-värdet för sopförbränningsslaggen är något högre än för referensmaterialet. Provet av det senare har inte räckt till för SEB-provning (nytt prov bör tagas från vägen). E-modulen för de båda slaggerna nedsätts dock vid vattenmättning enligt SEB-provning.

Sopförbränningsslaggen erhåller kraftigt försämrad E-modul vid ökad vattenkvot. Värdena har stor spridning beroende på variationer i torr skrymdensitet. Ett prov har lagrats en månad för att konstatera förekomst av eventuell

självbindning. Någon förhöjning av E-modulen och därmed självbindning har inte erhållits. Tidigare har det dock framkommit att självbindningen kan vara starkt beroende av vattenkvoten, och en sådan reaktion kan inte helt

uteslutas.

Enligt fallviktsmätningar på färdig vägkonstruktion har referenssträckan den högsta bärigheten. Skillnaderna är små mellan konstruktioner innehållande de två

restprodukterna, trots skillnad i resultat från

bärighetsprövning på laboratorium. Sopförbränningsslaggen har dock lagts ut vid en vattenkvot (18-20 som inte ligger långt ifrån vattenmättning enligt tung instampning, medan de första provningarna på laboratorium skett vid en vattenkvot på 10 2. Som tidigare nämnts reduceras

E-modulen vid SEB-försök starkt vid vattenmättning. Det förstyvande lagret av A-material i provsträckorna nr 2 och 3 återspeglas inte i förhöjda modulvärden. Filterlagret av sand i provsträckorna nr 3, 4 och 5 komplicerar även utvärderingen från bärighetssynpunkt. Senare mätningar (se program i bilaga 1) kommer förmodligen att ge besked om hur de olika materialen reagerar under trafikbelastningen.

Tabell 1

"Petrografi" på slagg från sopförbränning (förprovning).

F R A K T I O N

2-4iran

4-5.6mm 5.6-8mm

8-11.2mm

11.2-16mm

MEDEL

%

%

%

%

%

VÄRDE

METALL(Magn.)

10.Q

4.8

11.6

2.2

5.1

6.7

SLAGG

67.0

51.4

33.2

23.1

25.2

40.0

GLAS

20.1

39.9

50.1

69.9

57.4

47.5

KERAMIK

.0

1.9

3.4

3.7

10.2

3.9

PAPPER

2.9

2.0

1.6

1.2

2.2

2.0

Tabell 2a.

SEB-bestämning på slagg (förprövning).

Material

Torr

Vattenkvot

Över

n

e

SrE--modul Anm.

skrymd.

Mättat

last

g/cm~3

%

%

cm

%

%

MPa

Sopslagg

1.48.

10

_

39 .65

38

70

ti i i -

50

ti il it

73

1.51

10

— -

38 .62

40

50

i i II -

50

i i i i i i

73

i l II

23

i i i i

92

40

i i II i i

50

il II i l

51

1.55

10

- -

37 .57

42

126

II II _ II II II

95

Imån lagring

II II

-

50

i i i i i l

111

i i

Kolslagg

.93

35

— —

42 .71

78

31

i i i i

-

50

i i il il

39

i i II

₄₃

_ i i II

96

21

i i i i i i

50

i i i l i i

38

.95

35

- -

40 .67

83

36

i l it — i i i i ii

45

lmån lagring

i i i i —

50

il i i II

54

i i

Tabell 2b.

CBR-bestämning på slagg

(förprovning).

Material

Torr Vatten

skrymd.

kvot

n

e

Sr

CBR

2.54mm 5.08mm

g/cm''3

% % % % %

Sopslagg

1.49

10

39

.64

38

75

76

Kolslagg

.9

35

43

.77

73

58

68

Överlast=motsvarande överbyggnadstjocklek

n=porositet

e=portal

Sr=vattenabsorption

Tabell 3

Kornstorleksfördelning och vattenkvot på

material från p r o w ä g e n .

Prov på förstärkningslager.

Prov

sträcka

Nr

Material

Prov

tagning

Vatten

kvot

%

Material

< 0.07

4mm

%

Material

> 16.0 mm

%

1

Kolslagg

Opackat

-

7.3

8.3

Packat

26.9

14.3

1.8

2

Kolslagg

Opackat

26.6

8.2

10.2

Packat

-

17.3

.0

3

Sopslagg

Opackat

17.8

13.0

10.8

Packat

—

12.0

9.1

4

Sopslagg

Opackat

19.5

12.6

12.0

Packat

—

13.9

8.1

5

Grus

Opackat

4.0

5.3

30.7

Tabell 4.

Densitetsbestäxnningar på slagg från pro w ä g e n .

(Använda metoder: ASTM C127-128)

Material

Fraktion

mm

Korn-

d e n s .

g/cmÄ3

Kompakt-

d e n s .

g/cmA3

Vatten-absorption

%

Sopslagg

>4.76

1.95

2.23

6.6

<4.76

1.87

2.44

12.5

Kolslagg

>4.76

1.01

1.25

18.9

<4.76

1.19

1.59

21.1

Tabell 5

"Petrografi" på sopförbränningsslagg från prowägen.

F R A K T I O N

2-4irun

VIKT-%

4-5.6mm

VIKT-%

5.6-8mm

VIKT-%

8-11.2mm

VIKT-%

11.2-16mm

VIKT-%

MEDEL

VÄRDE

METALL(Magn.)

27.6

27.4

29.3

24.7

14.7

24.7

SLAGG

50.8

39.6

35.1

24.6

33.9

36.8

GLAS

20.0

28.6

32.6

40.3

31.1

30.5

STEN

0.8

3.1

1.7

6.3

8.8

5.0

KERAMIK

.0

0.8

1.0

3.5

10.2

3.7

PAPPER

0.8

0.5

0.3

0.6

1.3

1.3

Tabell 6a.

SEB-bestämning på slagg från prowägen.

Material

Torr

Vattenkvot

över

n

e

Sr E-modul

skrymd.

mättat

last

g/cmA3

%

%

cm

%

%

MPa

Sopslagg

1.71

10

— —

30

.43

57

105

it ii -

35

il it it

135

ti it

15

11 II 86

54

ii ti it

₃₅

ll il il ₆₈

Kolslagg

1.03

30

— >

35

.54

88

30

ti it -

35

il ll ii

35

ii ii

33

il it 96 22 ii it it

35

ii it il

30

Över1ast=motsvarande överbyggnadstjocklek

n=porositet

e=portal

Sr=vattenmättnadsgrad

Tabell 6b.

CBR-bestämning på material från prowägen.

Material

Torr

skrymd.

g/cmÄ3

Vattenkvot

opti- lagrad

mal

4dygn

%

%

n

%

e

Sr

%

CBR

2.54mm 5

%

.

08mm

%

Sväll

ning

%

Sopslagg

1.7

10

_

30

.44

56

117

123

—

1.68

10

16.4

31

.45

88

116

118

.3

Kolslagg

1.02

30

—

36

_.56

₈₅

64

74

—

1.02

30

36

(i i i

102

58

70

.7

Först.grus

2.09

6

-

21

.27

59

107

123

-LAGERMODUL

P

1

Mpa

R O V

2

Mpa

S T R

3

Mpa

Ä C K

4

Mpa

A

5

Mpa

El= BELÄGGN. + BÄRLAGER +

EV. F-GRUS A

368

375

314

521

695

E2= SLAGG + EV. SAND +

UNDERGRUND

30

38

36

39

70

El= SLAGG + ÖVRIGA LAGER

161

254

216

222

325

E2= UNDERGRUND

21

28

27

27

51

E= ÖVERBYGGNAD + UNDERGRUND

(MEDELMODUL)

81

118

107

109

178

‘P v ö v s V o x k o . , i

a

3

4 r ;r: • - r ~f- *— ; lir-K».-* Sf ■:,j .. • > - • é>ä.r(< l Å r b ^ r f, / A f : ‘Jr-u S A I c o ( " L e ö f $6^0 -0-S k .tX Yoyb- d f ¿«LA (ref) Stf.li .

P a ss e ra n d e mängd, v ik tp ro c e n t

Finsand M ellansand Grovsand Fingru s M ellangru s Grovgrus | M ellansten

Grovmo M ellansand Grovsand Fingru s G rovgrus Sten

0,074 63

Kornstorlek, mm

To

rr

S

k

ry

m

d

e

n

si

te

t.

g/

c

rr

T

3

Vattenkvot,vikt-%

Figur 2. Packningskurvor pä sop- och kolslagg.

(förprovningen)

P

r

o

v

s

t

r

ä

c

k

o

r

n

a

s

u

p

p

b

y

g

g

n

a

d

.

TTTTTTT... 6 a 9 * * S * s^ s cA ‘\t> s c A ^ s l s v Nr Benämning M aterial cm 1 Slitlage r 80 Mab 12T 3 2 Barlager 110 AG 25 5 3 B ärla ge r Bärlagergr. 15 4 Först.lager Kolslagg 42 Nr Benämning Material cm 1 S litla ge r 80Mab12T 3 2 Bärlager 110 AG 25 5 3 Bärlager Bärlagergr 15 4 Förstlager Först.l.gr.:A 10 5 Först.lager Kolslagg 32 in i i i m i ii m n m * i t * f i> T T T t t J i T t «r* A

9 9

»y i5 \ S S S eJc)b s b 5 o o Ä

'OO o o o o

O °n°n°oO°

D O O X O O ^ C

' O O ° o OO

0 O OOCU O f

o o croo<

-Nr Benämning Material cm 1 Slitlage r 80Mab12T 3 2 Bärlage r 110 AG 25 5 3 Bärlager Bärlagergr 15 4 Först, lager Först.l.gr.:A 10 5 Först.lager Sopslagg 32 6 Sand 15

o ^ob~ö^

\ ° o 9 ? O O C

3o9o o o o

o o o ooc

Nr Benämning Material cm 1 Slitlager 80Mab12T 3 2 Bärlager 110 AG 25 5 3 Bärlager Bärlagergr. 15 4 Först.lager Sopslagg 42 5 Sand 15 Nr Benämning Material cm 1 Slitlage r 80Mab12T 3 2 Bärlager 110 AG 25 5 3 Bärlager Bärlagergr. 15 4 Först.lager Först. 1.gr.: A 42 5 Sand 15 <_n

Pa ss e ra n d e ma nad, v ik to ro c e n t

Finsand M ellansand Grovsand Fin g ru s M ellangrus Grovgrus I Mellansten

Grovmo Mellan sand Grovsand Fin g ru s G rovgrus Sten

0,06

0,2

0,6

2

6

20

60

0,063

0,125

0,25

0,5

1,0

2

4 5,6 8 11,2 16 20 25 32

5060

100

200

0,074

63

Kornstorlek, mm

Figur 4.

Kornstorleksfördelning på kolslagg från provsträckorna

1 och 2. Prov tagna före och efter utlastning och pack­

ning av materialet.

90

80

70

60

50

40

30

20 10 0

Finsand Metlansand Grovsand Fingru s M ellangru s Grovgrus | M ellansten

Grovmo M ellansand Grovsand Fingru s G rovgrus Sten

0,063

0,125

0,25

0,5

1,0

2

4 5,6 8 11,2 16 20 25 32

50

60

10 0

200

0,074

63

Kornstorlek, mm

Figur 5.

Kornstorleksfördelning på sopslagg från provsträckorna

4 och 5. Prov tagna före och efter utlastning och pack­

ning av materialet.

P a ss e ra n d e mängd, v ik tp ro c e n t

Finsand M ellansand Grovsand Fingrus M ellangrus Grovgrus | Mellansten

Grovmo Mellansand GrovsQnd Fingrus G rovgrus Sten

0,074 63

Kornstorlek, mm

P a ss e ra n d e mängd, v ik tp ro c e n t

Finsand M ellansand Grovsand Fingru s M ellangrus Grovgrus | Mellansten

Grovmo M ellansand Grovsand Fingru s G rovgrus Sten

0,074 63

Kornstorlek, mm

To

rr

S

k

ry

m

d

e

n

si

te

t,

g

/c

m

Ä

3

_1.5

Q---— S " ^ V w H e n se p . * ---V o M e h s e p . --- --- — - K ■i--- 1---1---1---1

10

20

Vöttenkvot.vikt-%

30

40

Figur 8. Packningskurvor pä sop- och kolslagg frän

provvägen.

To

rr

S

k

ry

m

d

e

n

sl

te

t,

g

/c

n

rT

3

Vattenkvot,vikt-%

Figur 9. Packningskurva på förstärkningslager av grus

(sträcka 5).

YTI;S

Ul M m o M i m A R V

ID..

QÄRSTADPRQW ÄQEN,

1 -La b,Qrä.t.ori Q.iQ.rsäk>

Karakterisering av restprodukterna genom analys av kornstor leksfördelning,

glödgningsförlust mm, Packningskurvor samt stabilitet och styvhet genom CBR- ach SEB-försök (inledande försök har tidigare gjorts, undersökningen avslutas under vintern 83.

t

un d

i n g ^r*

2.1.KateriaLk,ontroller i samband med byggandet av provvägen och instrumentering

med tjälgränsmätare och grundvattenståndrör. VTI skriver byggnadsrapport.

2.2.Undersökningar av färdig vägkonstruktion,

2.2.1. Är 1987 Tvärprofilering.

Bärighesmätningar. Tvarprofilering medhanns inte pga tidig tjälning men utförs så snäbbt som möjligt. Avläsningar av instrument,

2.2.2. Är 1988, vår och höst.

Tvärprofilering och bärighetsmätning med fallvikt. Skadekartering. Redovisning av mätresultat.

2.2.3. År 1989, vår och höst.

Som föregående år. Redovisning av mätresultat.

Mom. 1.1 20 kkr 2.1 25 2.2.1. 10 2.2.2. 5 2.2.3. 10 Material 5 (tjälgränsmätare mm) S u mma 75 kkr