w STATENS- GEOTEKNISKA INSTITUT SGI VARIA 183
Sten Kull berg
Utpr9_yniJlg av cementstabiliserad flygaska för varpupplag i Bersbo
Linköping 1985
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT
UTPROVNING AV CEMENTSTABILISERAD FLYGASKA
FÖR VARPUPPLAG I BERSBO
Uppdrc1g: On r 2-308/85
Ua tum. 1985-10-21
P,·o je kta r. svar i <7: Tom Lundgren Ila na lägga :·l': St,~r: Ku I l berg
581 01 Linköping 1 Tel 013· 11 51 00
UTPROVNING AV CEMENTSTABILISERAD FLYGASKA FÖR VARPUPPLAG I BERSBO
Uppdrag: Dnr 308/85
Datum: 1985-10-21
Projektansvarig: Tom Lundgren Handläggare: Sten Kullberg
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Sid
SAMMANFATTNING 1
1. BAKGRUND 3
2. SYFTE 3
3. GENOMFÖRANDE 3
3.1 Tillverkning av provkroppar 3
3.2 Luftpermeabilitet 4
3.3 Vattenpermeabilitet 5
4. STUDERADE BLANDNINGAR AV CEMENTSTABILISERAD 6 FLY GASKA
5. RESULTAT 8
6. UTVÄRDERING 11
6.1 Härdningsprocessen - tid efter 11
till blandning
6.2 Cementhaltens inverkan 11
6.3 Vattenkvotens inverkan 12
6.4 Avsvavlingsproduktens inverkan 13
6.5 Flyttillsatsens inverkan 13
6.6 Sammanvägd bedömning 13
7. REFERENSER J.4
BILAGOR 1-23
SGI nr 198 Klintland Grafiska, Linköping
ST ATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 2-308/85 s 1
SAMMAN FATTNING
Denna rapport behandlar mätningar av den hydrauliska konduktivite
ten hos cementstabiliserad flygaska med olika blandningsförhållan
den. Mätresultaten skall utgöra underlag för val av lämpligt bland
ningsförhållande av cementstabiliserad flygaska för täckning av gamla varphögar i gruvsamhället Bersbo i Östergötland.
Den hydrauliska konduktiviteten eller permeabiliteten är mätt på 60 provkroppar (12 satser x 5 prover) i permeameter 14, 28 och 56 dygn efter tillblandningsdagen, sammanlagt 170 permeabilitets
bestämningar. Provkropparnas cementhalt har varit 3, 5, 10 och 15 vikts-%. Avsvavlingsprodukter (FGD-produkter) har blandats in i hälften av proverna till en halt av 15-37%. I en fjärdedel av proverna har en färdig blandning av flygaska och avsvavlingsprodukt använts (här kallad för 11Niroaska 11 ) . I ytterligare en fjärdedel har enbart flygaska och cement använts.
Vid tillblandningen har vatten blandats in i varierad mängd för att studera dess verkan. I en serie prover har en flytmedelstill
sats om 1% använts för att sänka viskositeten hos blandningen.
Permeabiliteter ner till 1•10-ll m/s har kunnat mätas nöjaktigt.
Följande slutsatser har kunnat dragas ur resultaten:
1. Permeabiliteten minskar med tiden efter tillblandningen. För blandningar med avsvavlingsprodukter är härdningsprocessen av betydelse även efter 56 dygn (permeabiliteten minskar), vilket ej gäller då avsvavlingsprodukter saknas.
2. Vid tillblandning är det viktigt att materialet blir plastiskt.
Blir konsistensen smulig/grynig ökar permeabiliteten drastiskt.
3. För blandningar med FGD-produkter (avsvavlingsprodukter) min
skar permeabiliteten med minskad vattenkvot, w 34-49%.
SGI nr 198 Klinlland Grafiska, Linköping
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 2-308/85 s 2
4. För blandningar utan FGD-tillsats och med 11 Niroaska 11 erhålls en lägsta permeabilitet vid en vattenkvot= 30-32%. En minsk
ning av vattenkvoten på 11 torra 11 sidan ger en kraftig ökning av permeabiliteten, en ökning på 11 våta 11 sidan en måttlig ök-'
ning av permeabiliteten. Förhållandet visar på betydelsen av plasticitet vid tillblandningen.
5. Blandningar med FGD-tillsats kräver mera vatten för att behål
la plasticiteten (gäller ej 11 Niroaskan 11 ) .
6. En ökad cementhalt ger en lägre permeabilitet. Med FGD-inbland
ning minskar permeabiliteten från 1 10-9 m/s till 1,10-10 m/s då cementhalten ändras från 3% till 10%. En cementhalt >15%
ger permeabilitet mindre än l•ro-11 m/s, oavsett FGD-tillsat
sens storlek.
7. Flytmedelstillsats om 1% gör att vattenkvoten kan hållas nere vid tillblandningen och en tätare produkt erhållas. Så mot
svarar flytmedelstillsatsen 1% vid cementhalten 10% en ökning av cementhalten med 2-3% med avseende på permeabilitet.
8. Permeabiliteten varierar kraftigt beroende på cementhalt, FGD-produkter och vattenkvot. Värden mellan 1 10-ll m/s och 3,10-6 m/s har erhållits, dvs variationen motsvarar en faktor
>300 000.
9. Följande permeabilitet kan erhållas efter 56 dygn och vid respektive cementhalt:
3% - 3 10-10 m/s 5% - 4.2•10-ll m/s 10% - 2.5 10-ll m/s
10% + flytmedelstillsats - 1.4•lo-11 m/s 15% - < 1 10- 11 m/s.
Noggrannare uppgifter redovisas i bilagorna.
SGI nr 198 Klintland Grafiska, Linköping
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 2-308/85
s 3
1. BAKGRUND
Gruvbrytningen i Bersbo gruvsamhälle 7 km N Åtvidaberg i Östergöt- land är idag avslutat kapitel. Från sulfidmalmen utvanns huvud- sakligen koppar. Restprodukterna från anrikningen, varpen, är upp
lagda i två större varpupplag i samhället. Varpen är icke täckt, vilket vid tillträde av syre leder till en oxidering av sulfider
na, svavelsyrabildning, och frigörelse av metaller. Regnvattnet transporterar bort lösta metaller, vilket leder till ett otjänligt grundvatten för dricksvattenbruk.
Naturvårdsverket har prioriterat forskning kring gruvindustrins restproduktupplag. Bersbo utgör här ett pilotprojekt, där täckning av varpen med ett tätt skikt samt morän är föreslaget. En provut
läggning med tätskikt av cementstabiliserad flygaska respektive lera, i båda fallen överlagrad med morän, skall utföras. Cementa
AB har med anledning av detta givit SGI i uppdrag att studera ett
antal blandningar av cementstabiliserad flygaska.
2. SYFTE
Syftet med undersökningen är att skapa ett underlag för val av den lämpligaste blandningen för täckning av varphögarna i Bersbo med cementstabiliserad flygaska. Därvid skall betydelsen av cement
inblandning i flygaskan av avsvavlingsprodukter, vatten och en flyttillsats studeras. Inverkan av härdningstiden skall också be
lysas.
3. GENOMFÖRANDE
3.1 Tillverkning av provkroppar
Provkropparna tillverkades genom en blandning av cement, flygaska och vatten i vissa proportioner (se kap 4) samt i vissa försök av avsvavlingsprodukter och flyttillsats. Blandningen utfördes maskinellt i degblandare så att homogenisering och god vattenin
blandning erhölls. Den hälldes/packades sedan i en cylinder,
SGI nr 198 Klintland Grafiska, Linköping
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 2-308/85 s 4
%inv = 50 mm, h = 200 mm, där den fick härda och stelna. Prov
kroppen kapas sedan till h = 50 mm, varefter den provas enligt nedan.
3.2 Luftpermeabilitet
I syfte att kunna rangordna varierande blandningar av cementstabi
liserad flygaska m.a.p. täthet mot vatten och luft avsågs från början följande utprovning ske.
1. Provet vattenmättas 3 dygn efter tillblandning.
2. Provet 11 vattensugs 11 med ett vattenavförande tryck om 5 m.v.p.
(meter vattenpelare) för att skapa ett identiskt lägsta bind
ningstryck i alla prover.
3. Montering i luftpermeameter för bestämning av luftpermeabili
teten.
4. Mätning av luftpermeabilitet.
Luftpermeabilitetsvärdet vid lika bindningstryck på vattnet ger sedan ett mått på tätheten. Denna provningsmetodik misslyckades i punkt 4. Vid mätning av luftpermeabiliteten uppmättes inget flöde igenom provkropparna trots en tryckgradient på ca 400. Lufttrycket in var 200 kPa och provets höjd 50 mm. Flera provkroppar testades men inget luftflöde uppmättes. Vid helt uttorkade prover (ca 1 mån i rumstemperatur) erhölls dock ett luftflöde. Mängden av pro
ver samt projektets angelägenhet i tid gjorde en uttorkning i rums
temperatur orealistisk. Uttorkning i ugn 105°c skulle helt för
störa proverna och resultatet bli missvisande.
Att ingen luft tränger igenom proven trots en gradient om 400 be
ror av kapillärspänningar i de vattenmenisker som utbildas då prov
kropparna är fuktiga. För att tränga luft igenom krävs att det pålagda intrycket till provet överstiger bindningstrycket för den sammanhängande vattenmenisken tvärs provkroppen. Orsaken att inte ett högre tryck genererades (200 kPa, ca 20 m.v.p.) var att permea
meterns hållfasthet riskerade överskridas.
Efter samtal med uppdragsgivaren beslöts att överge nämnda prov
ningsmetodik och i stället mäta den hydrauliska konduktiviteten på provkropparna (vattenpermeabiliteten).
SGI nr 198 Klintland Grafiska, Linköping
2-308/85
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT
s 5
3.3 Vattenpermeabilitet
Bestämning av vattenpermeabilitet (hydraulisk konduktivitet) har gjorts enligt följande metodik.
1. Montering i permeameter. Infettning av provkroppsväggen med silikonfett för att hindra kanalströmning vägg/gummiduk.
2. Vattenmättning. Celltryck 200 kPa, gradient 60 (3 m.v.p. på
lagt tryck).
3. Mätning av permeabiliteten vid gradienten 180, löpande under ca 1 dag så att konsistenta värden erhålls.
VATTENRESERVOAR LUFT
•--+--~---
-:::-::::MÄTSKAI..A- DESTILLERAT VATTEN
D.H
~
l I I I I I I I I
c::.::::;:':::~:::::i
MATFLASKA
Fi 1 Försöksutrustning som använts för bestämning av konduktivitet. Gradienten bestäms av PIN+oH samt längd).
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 2-308/85 s 6
Mätningar har gjorts 14, 28 och 56 dygn efter tillblandningen för att följa permeabilitetens tidsberoende. I några fall har en tids
förskjutning på 1-2 dygn skett p.g.a. svårigheter att vattenmätta provet. För sats 1 och 2 har mätningar utförts 26, 43 och 70 dygn efter tillblandningen beroende på förseningar i samband med ändringen av mätningsmetodik.
Figur 1 visar försöksuppställningen vid mätningen av hydraulisk konduktivitet. Utgående volymer är uppmätta med en noggrannhet om 0,01 g = 0,01 ml. Kärl som vattnet samlas i är skyddat mot avdunstning. För att under en arbetsdag kunna mäta ett flöde krävs ca 3 droppar vatten, vilket motsvarar ca 0,1 g vatten eller 10 ggr mätnoggrannheten. Detta ger en hydraulisk konduktivitet om 1-10-ll m/s, vilket är den lägsta permeabilitet som kan mätas med tillförlitlighet i denna utrustning.
4. STUDERADE BLANDNINGAR AV CEMENTSTABILISERAD FLYGASKA
I samråd med uppdragsgivaren bestämdes vilka blandningar som skulle utprovas, dvs hur proportionerna cement, flygaska, avsvavlingspro
dukter, vatten och flyttillsats skulle vara, se tabell 1.
TABELL 1. Blandningsproportioner för provkropparna m.a.p.
cement, flygaska, avsvavlingsprodukter och flytmedelstillsats.
Cementhalt (vikts %)
Sats 3 5 10 lOF* 15
Propor- 1-3 97/0 95/0 90/0 90/0 85/0
tion
5 60/37 59/36 56/34 56/34 53/32
flygaska 4-
avsvavl. 7-9 77 /20 76/19 73/17 73/17 70/15 produkt 10_ 12** 80/17 78/17 74/16 74/16 70/15 ( %/%)
* F = Flyttillsats använd, 1% av totalvikt. Flyttillsatsen gör materialet mer lättflytande.
**Försats 10-12 utgörs flygaskan och avsvavlingsprodukten av en färdigblandad produkt från Niro Atomizer i Köpenhamn.
SGI nr 198 Klintland Graliska, Linköping
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 2-308/85 s 7
Ovanstående blandningar är testade vid tre olika vattenkvoter.
Dessa är
Vattenkvot A - representerande 1ättflytande konsistens.
Vattenkvot B - representerande trögflytande konsistens.
Vattenkvot C - representerande packningsbar konsistens.
Sammantaget ger de olika blandningsproportionerna och vattenkvo
terna 60 olika delprover enligt tabell 2.
TABELL 2. Provernas indelning i satser 1-12 med angivelse av blandningsproportioner.
97/0-3A 97/0-38 97/0-3C
95/0-5A 95/0-58 95/0-5C
Sats 1 90/0-lOA Sats 2 90/0-10B Sats 3 90/0-lOC
90/0-10 FA 90/0-lOFB 90/0-lOFC
-85/0-15A 85/0-15B 85/0-15C
60/37-3A 60/37-38 60/37-3C
59/36-5A 59/36-58 59/36-5C
Sats 4 56/34-lOA Sats 5 56/34-108 Sats 6 56/34-lOC
56/34-lOFA 56/34-lOFB 56/34-lOFC
53/32-15A 53/32-158 53/32-15C
77 /20-3A 77 /20-38 77 /20-3C
76/19-5A 76/19-5B 76/19-5C
Sats 7 73/17-lOA Sats 8 73/17-108 Sats 9 73/17-lOC
73/17-lOFA 73/17-lOFB 73/17-lOFC
70/15-15A 70/15-158 70/15-15C
80/17-3A 80/17-38 80/17-3C
78/17-5A 78/17-5B 78/17-5C
Sats 10 74/16-lOA Sats 11 7 4/16-108 Sats 12 74/16-lOC
74/16-lOFA 74/16-lOFB 74/16-lOFC
70/15-15A 15-158 0/15-15C
Cementen som använts är Standard Portland Cement (från Cementa).
Flygaskan som använts är en kolpulveraska från Västerås kraftvärme
verk. FGD-produkten för sats 4-6 och 7-9 är från Södertälje kraftvärme
verk.
SG I nr 198 Klintland Grafiska, Linköping
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 2-308/85 s 8
Blandprodukten i sats 10-12 härrör från en avsvavlingsanläggning utan föravskiljare från Niro Atomizer i Köpenhamn och innehåller 82% flygaska och 18% avsvavlingsprodukt. Flyttillsatsen ger vid tillsats under konstant vattenkvot en mer lättflytande konsistens.
Vattnet som använts är kranvatten från Linköpings vattenverk, vil
ket är ett behandlat ytvatten (Stångån).
Tillblandning, kapning av prov till rätt höjd, montering, vatten
mättning och mätning har gjorts efter ett speciellt tidsschema som löpt över 2 månader.
5. RESULTAT
Mätningar har utförts 14, 28 och 56 dygn efter tillblandningen, i två fall 31, 42 och 70 dygn efter. Varje prov har således mätts under tre tillfällen, sats 10 och 11 dock enbart 2 ggr. Sammanta
get har 170 permeabilitetsbestämningar utförts. Resultatet visas i tabell 3, där även faktisk vattenkvot och tid efter tillblandning anges. I de fall inget vatten registrerats under 2-3 dygn har per
meabiliteten angetts till <1•10-ll m/s.
Provernas beteckning kodas enligt följande:
% aska % FGD % t
, ~ \ o_/emen
~ \ / /
ex 56/34
yrn\
.
/ / \\
om flytt1llsats vatteninnehåll
SO I nr 198 Klintland Grafiska, Linköping
2-308/85 s 9 TABELL 3. Uppmätt hydraulisk konduktivitet (m/s) för provkroppa r
h=50 mm, 50 mm, av cementstabilise fl ka med varierade blandningsproportioner.
Sats Prov 14 dygn 28 dygn 56 dygn Vattenkvot
(m/s) (ml s)
(mls)
%1 97/0-3A 5. 9 · 10-9 5. 9, 10-9 4.8•10-9 36
1 95/0-5A 2.8 10-9 1. 5 • 10-9 1. 5 • 10-9 36 1 90/0-l0A 7. 2 · 10-10 3.7 10-10 2.8 • 10-10 36 1 90/0-lOFA 1.3·10-10 2.8• lQ-11 5. 5 · 10-ll 33 1 85/0-15A 3. 3 10-ll <l 10-ll 2. 2-10-11 36
(31 dygn) (43 dygn) (70 dygn)
2 97/0-3B 7.8·10-9 6. l · 10-9 5.5-lo-9 35
2 95/0-5B 8.2-10-9 6.3• lQ-9 5.8·10-9 35
2 90/0-l0A 2.0-10-9 1. 2· 10-9 1.2,10-9 35
2 90/0-lOFA 9.5,10-l0 4.3• lQ-10 4.1 10-10 31 2 85/0-15A 1.0• 10-9 2.8 10-10 1. 2, 10-10 35
(31 dygn) (42 dygn) (70 dygn)
3 97/0-3C 3.1•10-6 2.9•10-6 2.8·10- 6 25
3 95/0-5C 6. 0 .10-8 6.4·1
-8 2.1 • 10-7 25 3 90/0-l0C 2. 7 · 10-8 3. 0 · 10-8 9.0,10- 8 25 3 90/0-lOTC 4.4•10-7 5. 2, 10-7 8. 5 10-7 20 3 85/0-15C 2.5 10-8 2. 3 .10-8 2. 7, 10-8 254 60/37-3A 2.6·10-9 6.9 10-10 3.0•lo-10 49
4 59/36-5A 8.4·10-10 1. 6 -10-10 4.1 10-ll 49
4 56/34-l0A l.6•10-9 3.8· 10-10 6.l•lQ-11 49
4 56/34-lOFA 8.2-10-10 1. 5, 10-10 3. 7 · 10- ll 46 4 53/32-15A 1.3•10-9 3.5 10- 10 2. 3 ,10-ll 50
5 60/37-3B 3.3·10-9 8.2•10-10 2. 7-10-lO 47
5 59/36-5B 2. 3.10-9 5. 7 • 10-10 1. 7. 10-10 47 5 56/34-10B 1.1 · 10-9 2. l· 10-10 3. 4· 10-ll 47 5 56/34-l0FB 6. 7 • 10-10 1.3 10-10 3.2•lo-ll 45 5 53/32-15B 6.4·10-10 1.2-10-10 <l 10-ll 47
6 60/37-3C 4.0 • 10-9 1.1,10-9 5. 0-10-10 41 7 .o, 10-9 2.4•10-9 8. 9,, 10-10
6 59/36-5C 42
6 56/34-l0C 2.0,10-9 4.5 10-10 1. 3 • 10-10 42 6 56/34-l0FC 6.8 10-10 8.8·10-11 1.6•1o-11 40 6 53/32-15C 1.l·l0-9 l.8•1Q-10 <l 10-ll 42
2-308/85 s 10 Sats Prov 1änflfn 2
Emflfn
5EmElfn
Vat'tfnkvot,7 77 /20-3A 6. 5 10-9 2.4•10-9 2.8•10-9 46
7 76/19-5A 5.3 10-9 2.4•lo-9 2. l •10-9 47 7 73/17-l0A 3. 4 · 10-9 1. 1 10-9 7. 9, 10-10 48 7 73/17-l0FA 1. 3 ,10-9 1. 5.10-8 <l 10-ll 42 7 70/15-15A 1. 5, 10-9 1. 4 10-10 3.5•10-10 45
8 77 /20-3B 6.6, 10-9 3.1•10-9 3. 0 10-9 45
8 76/19-5B 4.1 10-9 1.9,10-9 1. 5, 10-9 44
8 73/17-10B 2.0,10-9 5.6.10-10 3.6 10-10 43
8 73/17-lOFB 1.1 10-9 2.7 10-10 1.4, 10-10 41 8 70/15-15B 7.9,10-10 6. 9· 10-ll <1 10-ll 43
9 77 /20-3C 1. 9 10-9 5.1 10-10 4.7 10-10 36 9 76/19-5C 1.1,10-9 2. 4 10- 10 2.2 10-10 39 9 7 3/17-lOC 4.6 10-10 3.2 1011 2.5 10-ll 37
2. 2, 10-ll
9 73/17-lOFC 2.1•10- 10 1.4•10- 11 34
9 70/15-15C 3.3 10-10 1. 2, 10-ll <l 10-ll 35
10 80/17-3A Ej mätt 7. 6· 10-8 6.8• 10-8 38
10 78/17-5A Il 4.5,10-8 3.6•10-8 38
10 74/16-lOA Il 2.0,10-8 7.7,10-9 38
10 74/16-l0FA Il 5. 5, 10-9 1.7• 10-9 35
10 70/15-15A It 1.0,10-8 8. 9,1010 38
11 80/17-3B Ej mätt 1. 2, 10-8 8. 6 10-9 35
11 78/17-5B Il 7 .7 10-9 5. 9,10-9 35
11 74/16-10B Il 9. 7, 10-9 6.0,10-9 37
11 74/16-lOFB Il 6. 2-10-9 1.9 10-10 30
11 70/15-15B Il 1. 5, 10-9 5. l • 10-ll 35
1.8 10-6 25 12 80/17-3C 6.3•10-7 9.l•lo-7
12 78/17-5C 4.3,10-6 4.1•10-6 4. 5 10-6 25
12 74/16-l0C 2.1.10-8 4. 7 10-8 2. 7, 10-8 25 12 74/16-lOFC 4. 7 10-7 5.9•lo-7 9 .8 10-7 20
12 70/15-15C 5.6•10-8 3.0•10-8 2.6 10-8 25
Resultaten redovisas för varje sats i bilaga 1-12 där hydrauliska konduktiviteten är avsatt som funktion av tid efter ti1lb1andning.
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 2-308/85 s 11
6. UTVÄRDERING
6.1 Härdningsprocessen - tid efter tillblandning
Den cementstabiliserade flygaskans härdningsförlopp kan följas väl i diagrammen bilaga 1-12. Generellt kan sägas att permeabili
teten minskar med tiden (14-56 dygn). För blandningar utan avsvav
lingsprodukter, sats 1-3, är minskningen mellan 30-60 dygn mindre än för blandningar med avsvavlingsprodukter, exvis sats 4-6. Härd
ningsförloppet efter 56 dygn är av betydelse endast när avsvavlings
produkter används. Det ingår dock ej i denna undersökning att klar
lägga det fortsatta förloppet.
Två blandningar, sats 3 och 12, visar en avvikande trend. Permea
biliteten ökar med tiden. Gemensamt för dessa satser är den låga vattenkvoten vid inblandningen, 20-25%, vilket sannolikt inte givit blandningen den plastiska konsistens som troligen är nödvändig för att erhålla ett tätt material. Härdningsprocessen, som ej varit fullständig, har för dessa två blandningar givit en mer permeabel struktur. Härdningen har sannolikt varit alltför lokal och hetero
gen.
Permeabiliteten har minskat ca 50 gånger under försökstiden för blandningar med avsvavlingsprodukter. Utan avsvavlingsprodukter har den minskat ca 5 gånger.
6.2 Cementhaltens inverkan
Vid utvärdering av cementhaltens inverkan har vattenkvoten stor betydelse, och utvärderingen nedan gäller därför vid "gynnsamma"
vattenkvoter. En ökad cementhalt ger en minskad permeabilitet.
Ett försök till tolkning är gjord i bilaga 13. Där visas hur bland
ningar med och utan avsvavlingsprodukter reagerar på olika cement
halt. Så ger för blandningar med FGD en ökning från 3% till 10%
cement en minskning från 1,10-9 m/s till 1-10-10 m/s m.a.p. per
meabilitet (56 dygn). Motsvarande minskning kan också sägas gälla utan FGD, dock att intervallet ligger högre (5•10-9 - 5,10-10 m/s).
Ökas cementhalten från 3 till 5% minskar permeabiliteten ca 5 gånger.
Utvärderingen av cementhaltens betydelse hänger också samman med vattenkvoten, vilket visas i bilaga 13. 15% cementhalt har med och utan FGD givit en permeabilitet lägre än 1,10-ll m/s.
SGI nr 198 Klintland Grafiska. Linköping
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 2-308/85
s 12
6.3 Vattenkvotens inverkan
Tillblandningen av provkroppar har visat att för att få ett tätt prov måste blandningen vara plastisk. En vattenkvot strax under plasticitetsgränsen, dvs så att en smulig/grynig konsistens erhålls, leder till ett otätt prov. Verkan av för lite vatten kan konstate
ras i sats 3 och 12 där vattenkvoten varit 20-25%. Dessa blandningar uppvisar en permeabilitet som är högre än 1•10-8 m/s. Det är alltså troligen på det sättet att en plastisk konsistens krävs för att
ett tätt prov.
Vattenkvotsberoendet är sammanställt i bilaga 14-18 för respektive cementhalt. I diagrammen är 56 dygnsvärden inlagda. Tolkningen av bilaga 14-18 måste ses i ljuset av bilaga 19, där vattenkvots
beroendet för 10% cement är sammanställt. Där har fyra kurvor, en för varje blandningsproportion, kunnat ritas ut.
För blandningar med FGD, sats 4-6, 7-9, minskar permeabiliteten nära 2 tiopotenser då vattenkvoten minskar från 49% till 34%. Mate
rialen har hela tiden varit plastiska vid tillblandningen. Det omvända förhållandet har observerats för sats 1-3, 10-12, nämligen att permeabiliteten ökar med minskad vattenkvot.
Denna skillnad beror troligen på en ickeplastisk tillblandning för sats 1-3, 19-12. Det är sannolikt att det 11minima 11 som ses i bilaga 19 även finns för sats 4-6, 7-9 vid en vattenkvot lägre än 34%.
Proverna med 11 niroaskan 11 , sats 10-12, avviker från blandningarna med avsvavlingsprodukter från Södertälje trots en nära relation mellan produkterna. De avviker eme 11 ert id inte från 11Södertäl je
bl andningarna II i avseende på härdningsprocessens utveckling, se bilagorna 10 och 11.
SGI nr 198 Klinlland Grafiska, Linköping
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 308/85
s 13
6.4 Avsvavlingsprodukters inverkan
Blandningar med avsvavlingsprodukter kräver mer vatten vid till
blandning för att erhålla en plastisk konsistens. Detta gäller sats 4-6, 7-9 där FGD och aska blandats in var för sig, se bilaga 19. Blandningar där 11Niroaskan 11 ingått, sats 10-12, uppvisar ej detta samband utan liknar mer blandningarna utan FGD, sats 1-3.
FGD-inblandning ger vid samma cementhalt generellt en tätare pro
dukt än utan inblandning (11 Niro-askan 11 undantagen), bilaga 20, 21, 22 och 23. FGD-inblandning förlänger härdningsförloppet, och den slutliga tätheten för dessa prover är inte nådd vid 56 dygn.
Bilaga 20 och 23 behandlar blandningar utan FGD, där bilaga 23 är en tolkning av bilaga 20 m.h.a. den vattenkvotsrelation som visats i bilaga 19 (se dessa bilagor).
6.5 Flyttillsatsens inverkan
Flyttillsatsen ändrar blandningens viskositet så att en mer lätt
flytande blandning erhålls vid konstant vattenkvot. Därför ger en flytmedelstillsats om 1% upphov till tätare prover då vatten
kvoten har kunnat minskas 2-5%. Tillsatsen har i alla blandningar gjorts vid cementhalten 10%. Den faktiska minskningen av permeabi
liteten varierar mellan 5 och 50 gånger, se bilaga 12. En flyt
medelstillsats om 1% motsvarar vid 10% cementhalt en ökning av cementhalten med 2-3%, se bilaga 12.
6.6 Sammanvägd bedömning
På vilket sätt som ovan nämnda faktorer inverkar på provernas per
meabilitet sammanfattas nedan med utgångspunkt från vilka täthets
krav som ställs. Utvärderingen är gjord m.h.a. bilagorna. Följande förkortningar gäller: C = cementhalt, FGD = avsvavlingsprodukter, w = vattenkvot, N 11 Niroprodukt11 , F = flytmedelstillsats.
SGI nr 198 Klinlland Grafiska, Linköping
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT 2-308/85 s 14
Fråga 1: Hur kan permeabiliteter <1 10-9 m/s uppnås?
@ C ~ 3%, FGD = 20%, 37%, w = 36-49%
@ C > 5%, FGD
=
19%, 36%, w=
39-49%t C -> 10%, FGD = 0%, w
=
35-36%@ C -> 10%, FGD
=
17%, 34%, w=
37-49%o C > 10%, F, FGD
=
0%, w=
30-33%0 C -> 10%, F, FGD
=
17%, 34%, w=
34-46%@ C -> 10%, F, N
=
16%, w = 30-32%@ C -> 15% alla, w > 32%
Fråga 2: Hur kan permeabiliteter < lslQ-10 m/s uppnås?
<il C -> 5%, FGD
=
36%, w=
48-49%@ C -> 10%, FGD
=
34%, w=
43-49%@ C -> 10%, FGD
=
17%, w=
37-40%0 C > 10%, F, FGD
=
36%, w=
40-46%li> C -> 10%, F, FGD
=
17%, w=
34-39%0 C -> 10%, F, FGD
=
0%, w=
32-33%© C > 15%, FGD
=
32%, w = 42-50%© C -> 15%, FGD
=
15%, w=
35-44%e C -> 15%, N
=
15%, w=
34-36%@ C -> 15%, FGD
=
0%, w=
35-36%Fråga 3: Vad är FGD-tillsatsen värd om den portioneras rätt?
e C kan minskas från 10% till 3% med FGD = 20%, K = 5•10-10 m/s
e C kan minskas från 10% till 5% med FGD = 36%, K = 4 10-ll m/s, w = 49%.
7. REFERENSER
Kullberg, S., Lundgren, T. (11985). Laboratoriestudie över vatten
balansen i täckskikt på sandmagasin. Statens Geotekniska Institut. Stencilerad rapport 850927.
SGI nr 198 Klintland Grafiska, Linköping
+++H+!+H-++
I.I)
"
E~10-7
I -
>
I
~
=>
§?,o-8
0 ~
~ tJ) _J
~10-9
0:::
>-
10 -11
I
BILAGA 1
2-308/85
. ... •··•1• ,,. •;••! ·: . . ,,. ;;jl·r
LEGEND-Cementhalt J
0
3%
D -
5°/4
6 -
1 0 ¾
-v -
i0¾+Flytti!lsats
X-15%
i
0 20 L.O 60 80
100TID
EFTER 'l
AN Of\41 N(3DYGN
Bilaga 1. Hydraulisk konduktivitet som funktion av tid efter tillblandning för sats 1, cementstabiliserad flygaska utan avsvavlingsprodukter, w = 33-36%.
BILAGA 2 2-308/85
10-6
-
l.f)"' E
~10-7
)---
>
)---
2'L
: )
~10- 8
0 2'L
2'L
LI) ...J
~109 er
0>-
1011
I
- I
i
':':;'
" " I ....
0
20 l+O 60 80 100
TID EFTER
T: LLBLANONI NG DYGNBilaga 2. Hydraulisk. konduktivitet som funktion av tid tillblandning för sats 2, cementstabiliserad flygaska utan avsvavlingsprodukter, w = 31-35%.
BILAGA 3 2-308/85
~10-7
I -
>
I
~ ::::)
~,o-8
0 ~
~ V)
_J ±t±tit:t:l=:
LEGEND -Cementhalt::
~10-9
ttttrrrrtiit-tiit-r-rJ-TrTrrr: 03 ¾
0:::
- 501o
~ ~ " ' - - ' - ' - - ' - ' - ' . . I ~ ~ , - ' ~ ~
6-10¾
>-
,~'----+--'-'--'---'~+-'-'-'+;--:-:-:..;..;...:...:.:..i...;...;...~~~-'+'-- 'v10% +Flytti!!sots X-15¾
- - - 4. !'
i • . • • !
20 40 60 80 100
0
TID EFTER
T: LLRLt\f\JONI NG DYGNBilaga 3. Hydraulisk konduktivitet som funktion av tid efter tillblandning för sats 3, cementstabiliserad f1ygaska utan avsvavlingsprodukter, w 20-25%.
BILAGA 4 308/85
, - · + •. 1 ·• - · l -·t
LEGEND -Cementhalt
V)
'- E
!
~10-7
I-
>
r-
~ : )~,o-8
0 ~
~ l/) _j
~10-9
0::
0
>-
I
• · · l . • __,..'
10-11 _·
: I :
0
20 l+O 60 80 100
TID
cFTER ILLRLANONI NG
DYGNBilaga 4. Hydraulisk konduktivitet som funktion av tid efter tillblandning för sats 4, cementstabiliserad flygaska med avsvavlingsprodukter
(32-37%). w= 46-50%.
BILAGA 5
2-308/85
: : : : .. : : : . !.: :: l.::
LEGEND -Cementhatt 0-3¾
D -
5°/4
--r++,-~: 6 -
1 0 %
-
l.fl +++++++-ri-"'-10% +Flytti!lsats
'-..
X-15%
E
z10-8
0 2C
2C
lf) ....J
~10-9 er
0
>
I
10-11
.. ,t
0 20 40 80 100
TID EFTER NON!NG DYGN
Bilaga 5. Hydraulisk konduktivitet som funktion av tid efter tillblandning för sats 5, cementstabiliserad flygaska med avsvavlingsprodukter
(32-37%), w 45-47%.
BILAGA 6 2-308/85
0-3¾ o-5¾
-
V)·A-10°/o
"v-10% +F!yttil!sats
""
EX-15%
~10-7
I-
>
I
~ : )
~10-8
1.µ.µ.~µ_µ~g..µ.µ.µ+.µ:.µJ.{+.i+¾+H-4+4++-1+'0 ~
~
~ t=-=-t==-1~~~tt=~t~~=-=t=e-,=._it=~=
c-+:+~=+:i+=+::;:=~·--::::_+-~=-~f__.~...1:::=~~-P.:;::_;:1:~ 10 -9 f:::n=rr!m~Btn;2:r.==-tE+~·--,+j·
0::: ·+'--··-H•-
>-
-10 .
10 ·--·-·
1011 ..
' . . ; ! . . \
. ' i i ' ' ! ' ' . I i
0 20
L+O60 80 100
TID EFTER TIL R[;~f\JONING
DYGNBilaga 6. Hydraulisk konduktivitet som funktion av tid efter tillblandning för sats 6, cementstabiliserad flygaska med avsvavlingsprodukter
(32-37%).
w
40-42%.BILAGA 7 2-308/85
Il•'· .... i . . . . . i .. ·I ---1··::
LEGEND -Cementhalt o-3¾
10-
6 o-5¾
6-10¾
i
<v -10%+Flyttillsats
"-.. V)
' X-15%
E -.1 '.:. .1. I
• • . . . . I
··; ::· ~T!j 1;lm .'
T::. ·: · .. . . .
~10-7
+..µ..J..J-l--W..J..l-W-4-++l-l..J-l--W-!--J.!..J.4-++!-l..J-l--1-!+!-!+++l+H++-H+++++H+H· I : I ! ! . -- . -. -- -f- I!f; ! ::'. ··: . :·
.:..:...;.+c..:...;..;+..'-!..!..j..µ...µ..j..J...;..;l-!+:..J.4..Ll-++l-l++-ii-!+~+++++-i+l--:-'+H+-i-7T+"-i-"+1-+++-Hr
t:
TJl ! -- --, - -.
>
.r•• l ' 1;
f-
~ ::)
~10-8
0 ~
~ l/)
_j
~10-9 i
I0::: i
0 >- •-- ·•r
I
' ;t
,· i
!
0 20 40 60 80 100
TID EFTER T I L L Bl.AN D
f\J IN G DYGN
Bilaga 7. Hydraulisk konduktivitet som funktion av tid efter tillblandning för sats 7, cementstabiliserad flygaska med avsvavlingsprodukter
(15-20%), w= 42-47%.
BILAGA 8 2-308/85
l·i-:-:-~-'-f---'-'-~:-++H+++-1-l+l+ll+l+l-+l+l-l+l+.l+J.4!-W+;+U+
lfl
"
Ez10-8
0 y::_
~ t/) _j
~10-9
0::::
0 >
I
LEGEND -Cementhalt o-3¾
o-5¾
6 - 1
0 %
-v -10% +Flyttiltsats X-15%
i.:;:
t::
I
l I_I
i
• ' I
: : : I ,
._,,I ..
0
70 40 60 80 100
FTER T l
N INGDYGN
Bilaga 8. Hydraulisk konduktivitet som funktion av tid efter tillblandning för sats 8, cementstabiliserad flygaska med avsvavlingsprodukter (15-20%), w = 41-45%.
BILAGA 9
2-308/85
"
Vl E~10-
8 ·, __
i0 1+·-~·+'++t'.++1+1-fi-+f+'-c+t+++H-R+++H
~
~ l/) _j
~1
o-9
l • M - n + - r i +0:::
0
>--
I
~ l' ..
10 -11
i··- -0
60 80 100
TID
TI l.LRLANONING DYGNBilaga 9. Hydraulisk konduktivitet som funktion av tid efter ti11blandning för sats 9, cementstabiliserad flygaska med avsvavlingsprodukter
(15-20%), w = 34-39%.
BILAGA 10
2-308/85
-,---_-r:.:rrr.=rr--:n+R+tm:i+1+1R+I=m:+m:i:m:i:m:rm:m:r:n+-TT+n1~,r::-::.:-:-:-:: :::.:::r..-:-:.:-:-:.,~-7'.'"'."':"'.7:"'.'"m
LEGEND-Cementhalt
-
,'O-3%
·
L \, D . i
-5°
/C10I : ·
'6-10%
(J)
' E
\ v'-10%+Flyttillsots
1
X-15°/o
•·. ·I' ...
·-. ·I
~,-. i ,
+H+-1-d,,+'. [
~10-8 ,...
-1--'-'-o
yy
~ 1L::::r..
;_+:t:;_;___;_::::t,-.k..:p:1::j:j::j::pt:;::;:~3l~1t~ltl~1=~~~t:l±i:i:rr-+---:-t--~---1
~109
~n-i-i++-,--0:::
0 >
I
. ·---1• . . ---.~' . . .. :·
I
· rr
..,.j..
·i·!· I
· I -- ,.;.•• : . , •. !
10-11
' t f
...
0 20 40 60 80 100
TID EFTER T
!L.. LRLANONI NG
DYGNBilaga 10. Hydraulisk konduktivitet som funktion av tid efter tillblandning för sats 10, cementstabiliserad flygaska (Niroaska,82%
aska, 18% FGD), w ~ 35-38%.
BILAGA 11
2-308/85
LEGEND -Cementhalt 0-3¾
D -
5°/4
-++H--h-+H-+H+++t+H-t-,-t-;-;t-t-H-r 6 - 1
0 %
-
t/l'i;/-10%+F!yttillsats
X-15%
'
E~1ö 7
i-
>
i~ ::)
~10-8
0 ~
~ V) _I
~1ö9
f ' ~ - ' - 40::::
0
>
:r:
1010
i
. . • ' i . . . . \ i
' ' 1 1 ( f l • i ' l ' '
0
20 40 60 80 100
TIO EFTE T
I LJ_ Rl AN O N IN G DYGN
Bilaga 11. Hydraulisk konduktivitet som funktion av d efter tillblandning för sats 11, cementstabiliserad flygaska (Niroaska 82%
aska, 18% FGD), w = 30-37
-
U)"-.
E
~,o-7
I-
>
1- ::l'.'.'.
i::)
~10- 8
0 ::l'.'.'.
::l'.'.'.
l/) _J
~109
0:::
>
I
BILAGA 12 2-308/85
Wb~1i+l+-hl:h:-H+H-t±ttttH-rrttP..• . O -
3 °/4
D -
5°/o
l·~,~-+,-;-~+i++ri++'H+H+f++H+HH-!+++H+H-1+;~.. ! 6 -
10°/4
il
'110¾ +Flyttillsats , x-150/4
, i , ,
I.,--,-~--'-'
,,,-,--~~----'-~.µ..,...~-~~~
' , . ' l ' , •• ! • ' , , <'
: : ::! : .
0
20 40 60 80 100
TID EFTE T
!Ll.. RLAf\JONl NG DYGN
Bilaga 12. Hydraulisk konduktivitet som funktion av tid efter tillblandning för sats 12, cementstabiliserad flygaska (Niroaskai82%
aska, 18% FGD), w 20-25%.
BILAGA 13 308/85
.lECaiEND ,,
-
U) i - UTAN AV~VAVLIN.(;,SP~obul::::rER.) U?i>H....,..,. vv. :¾%'-. a_ - HE.D 11 - - - - , u?PMA,.,. , ,. vv .. 2'9.%
E - - - l l ToU-::Ac 0+>1"11-<.AI... VA<"iE."-1 t;;.voT
~ - /J'TAN I Vv" 3ö%
T 4 - HED - - - 1 1 - - - - TOLt:.AC , D "j:>.-1 k AL VA-r"rEl"I -lolOT
I \N :; J.l, ':.~
1-10-7 f
W T
I-
>
I-
)(:
: )
~10-8
0
~
)('.
LI)
I
. j
. ·I·
Cementhalt
¾laga 13. Hydraulisk kondu vitet som funktion av cementhalten med och utan avsvavlingsprodukter i cementstabiliserad flygaska.Uppmätta och tolkade värden.
BILAGA 14 2-308/85
3%
0
V) O
6
"
E VI
>
I~ ::)
~10- 8
0 ~
~ t/)
....J
~,ö 9
lii+ri-if-',.--+0:::
0
>-
CEH6NT
s~r.i,
{-..2,
4-fo +-9
ID-IJ..
· ; · .
!
lO lS SO
25 35
VATTENKVOT
w¾Bi1aga 14. Hydraulisk konduktivitet som funktion av vattenkvot vid tillblandningen med 3% cementhalt. 56-dygnsvärden.
BILAGA 15 2-308/85
S¾
(EKeNTS:,,t,..-1&
0 1-2>
Cl ~-~
-
tJl 6. '"-f-9'v lO-ll.
"
ELI) _j
~10-9 l
!CC 0 >-
2 30 35 lO lS 50
VATTENKVOT
w¾Bil aga Hydraulisk konduktivitet som funktion av vattenkvot vid tillblandningen med 5% cementhalt. 56-dygnsvärden.
BILAGA 16 2-308/85
U)
"
EI-
~ l/) ...J
~109
0:::
0
>-
lO
L+SVATTENKVOT
w¾Bilaga 16. Hydraulisk konduktivitet som funktion av vattenkvot vid tillblandningen med 10% cementhalt. 56-dygnsvärden.
50
BI LAGA 17 2-308/85
V)
'---.
E
0
0 t::.
v'
s...
.s1-3
4-b 7-9
lC- 12.
I
>
1-:::e
;;('.
l/) _ j
:) -9
<t10
0:::
0 >- ::r
! I
30 35 lO l5 50
VATTENKVOT
w¾Bilaga 17. Hydraulisk konduktivitet som funktion av vattenkvot vid tillblandningen med 10% cementhalt+ flytmedelstillsats.
56-dygnsvärden,
BI LAGA 18 2-308/85
Is%
0
o
(J) 6.
"
E 'vf
>
f
~
=:)
~10-8
0 ~
~ l/)
>
I
(i=-i"'lENT
~
/-2:, .1;-b
+-9
10-12.
lO VATTENKVOT
w¾Bilaga 18. Hydraulisk konduktivitet som funktion av vattenkvot vid tillblandningen med 15% cementhalt. 56-dygnsvärden.
,,
...BILAGA 19 2-308/85
(j)
"
E:=;10-7
I-
>
1-
:::1'.'.'.
=>
~10-8
0
:::1'.'.'.
~ t/) _J
~10-9
er:
>-
10 %
Ll;;K&:i.Ts;,...-rs.
C, • I-~
Cl !Il 4-b -=t-9 b. Å
J.
lO 45 50
VATTENKVOT
w¾Bilaga 19. Hydraulisk konduktivitet som funktion av vattenkvot vid tillblandningen med 10% cementhalt (utan och med flytmedels
tillsats). 56 (70)-dygnsvärden.
BILAGA 20 2-308/85
LEGEND-Cementhalt 0-3¾
-
V) - 6-10¾ 501o
v
-1O¾ +FlyttiHsats
" E X-15¾
>
1- ::::C
>-
lO lS 50
25 30 35
VATTENKVOT
w¾Bilaga 20. Hydraulisk konduktivitet som funktion av vattenkvot för cementstabiliserad flygaska utan avsvavlingsprodukter, sats 1-3, vid olika cementhalter. 56-dygnsvärden.
BILAGA 21 2-308/85
lE6END CtkEN."TH-ÅLl
0 2>¾
0
•
S¾•
(.f) I.)., Å ~0%
10¾ + +i_i,.,.,,,U..'$A.,...S
'----E 'v
...
X k 1$¼
-.l)
I I
11--
°'
VJ J
v')I-
>
VSb -l)':,,l,,N'::,VACJ.t:ieN
I-::::c:
:::c:
(./) _J
~10-9
a:
0>-
··1_--··i:
: •..
I .~--:
.. : l .
lO 45 SO
30 35
VATTENKVOT
w¾Bilaga 21. Hydraulisk konduktivitet som funktion av vattenkvot för cementstabiliserad flygaska med avsvavlingsprodukter, sats 4-6 (32-37% FGD), sats 7-9 (15-20% FGD) vid olika cementhalter. 56-dygnsvärden.
25
BILAGA 22 2-308/85
LEGEND-Cementnalt
0
3¾
-
V)6-10¾ o-S¾
"-
E
<v10¾-1-Flytti!lsots
X-15%
<J)
'
lO 45 50
25 30 35
VATTENKVOT w¾
Bilaga 22. Hydraulisk konduktivitet som funktion av vattenkvot för cementstabiliserad flygaska med Niroaska, sats 10-12, vid olika cementhalter. 56-dygnsvärden.
BILAGA 23 2-308/85
l/)
'--..
E
>-
Bilaga 23. Tolkad hydraulisk konduktivitet för cementstabiliserad flygaska vid olika cementhalt. Uppmätta
&Lundgren ) är inlagda.
mätningar, = permeabilitets
Lw
E 'N. t;:, C-cH-EN..,..~ ,0 - -3%
D- 5.%
6 - le%
@- IC.1/c ( t;l:cl".}
@- ID¾ ( ce.i:.)
..
16.,/oU?PH.P.T<
---
ToLt::AL:> S¾,1t:>U::A D
- · -
~%..
w¾ so
som funktion av vattenkvot utan avsvavlingsprodukter ärden från (Kullberg
infiltrationsbox
estämning i cell.