Undersökning av restprodukter från trycksatt koleldad virvelbädd som vägmaterial

ISSN 0347-6049

i V T Tm e d d e l a n d e

469 _äe

Undersökning av restprodukter från trycksatt

Kkoleldad virvelbädd som vägmaterial

Peet Höbeda, Torbjörn Jacobson och Leif Viman

?, Väg-och Trafik- Statens väg- och trafikinstitut (VT!) * 581 01 Linköping [ $tllll[&t Swedish Road and Traffic Research Institute * S-581 01 Linköping Sweden

ISSN 0347-5049

Waawandeä

Y 1986'

Undersökning av restprodukter från trycksatt

koleldad virvelbädd som vägmaterial

Poet Höbeda, Torbjörn Jacobson och Leif Viman

VTI, Linköping 1 986

00/7 âfik-

Statans väg- och trafikinstitut (VTI) - 581 01 Linköping

FÖRORD

Undersökningen har huvudsakligen gjorts med institutets egna FoU-medel som del i projekt att nyttiggöra restprodukter från industrier och värmeverk. Cement- och Betonginstitutet har utfört fotografering i svepeiektronmikroskop, EDAX- och röntgendiffraktionsanaiys. Cemen-tas laboratorium har gjort kemiska analyser.

Peet I-Iöbeda

INNEHÅLLSFÖRTECKNING SAMMANFATTNING SUMMARY 1 INLEDNING 2 KARAKTERI'SERING AV RESTPRODUKTERNA 3 PACKNINGSEGENSKAPER '

4

HÅLLFASTHETSUTVECKLRKS

401. Cykionaskor .

4.2 Biandningar av cykionaskor, bäddmateriai och

fiygaskor _

4.3 Frostbeständigheten hos blandningar av cykion-askor och fiygcykion-askor

5 FÖRSÖK ATT STABILISERA NATURMATERIAL MED

BINDEMEDEL, BASERAT PÅ CYKLONASKOR

BEDÖMNHKS

'

'

REKOMMENDATIONER '

Bilaga 1. Svepelektronmikroskopbilder av cyklcnaska Biiaga 2. Litteraturstudie Sid III O N O N k n k -h -17 18 22 23

Undersökning av restprodukter från trycksatt-koleldad virvelbädd som vägmaterial

Av Peet Höbeda, Torbjörn Jacobson och Leif Viman Statens väg- och trafikinstitut :

581 01 LINKÖPING.

SAMMANFATTNING

Restprodukter i form av två cyklonaskor (från dolomitbädd, resp

sandbädd) och förbrukat bäddmaterial (från dolo-mitbädd) har

under-sökts. Fysikaliska och kemiska analyser har gjorts och dessutom pack-ningsförsök.

Cyklonaska från dolomitbädd är rik på 030, MgO, SO3 och innehåller hög halt amorft material. Provkroppar, packade vid optimal vattenkvot av cyklonaska från dolomitbädd binder till hög hållfasthet och detta gäller även en blandning med förbrukat bäddmaterial. God bindning '

.

erhålls även vid låga temperaturer.

-Cyklonaska från sandbädd har inga bindande egenskaper. Blandas där-emot inaktiv cyklonaska från sandbädd eller också flygaska från kolpul-vereldning med den aktiva cyklonaskan erhålls i båda fallen hållfast-hetsnedsättning.

Frostbeständigheten hos provkroppar har undersökts efter det att materialen fått binda. Cyklonaska från dolomitbädd har svällt men inte sönderfallit. Blandas däremot inaktiv cyklonaska eller flygaska med materialet försämras beständigheten.

Stenmaterial kan stabiliseras med ett bindemedel, bestående av en blandning av mald hyttsand och aktiv cyklonaska. Frostbeständigheten verkar vara tillfredsställande. Tillsats av portlandcement ger sämre resultat än den malda hyttsanden. Genom kombinationen malen hytt-sand och cyklonaska erhålls ett bindemedel som helt består av

restpro-dukter.

Utökade undersökningar, både i laboratorium och i provväg av

II

restprodukterna, härstammande från förbränning på karbonatbädd,

re-kommenderas.

Litteraturstudie visar att undersökningar huvudsakligen gjorts av för.-brukat bäddmaterial från atmosfäriska vivelbäddar. I regel har god håll-fasthetsutveckling erhållits med malt, förbrukat bäddmaterial, även om ibland svällningsproblem konstaterats vid användning i provväg. Detta material innehåller dock fri kalk till skillnad från restprodukter från trycksatt virvelbädd.

Svällningen hos bindande restprodukter, rika på sulfat och kalk, verkar bl a bero på faktorer som vattenkvot oCh pH-värde. I alkalisk miljö kan bildas kollodial ettringit med starkt, vattenupptagande och svällande egenskaper. Anhydriten upptar vatten och ökar i volym. Viss svällning behöver inte nödvändigtvis leda till sönderfall vid långsamt hydrauliskt bindande material eftersom bildade hydratisationsprodukter ger upphov till en successiv förstärkning.

Praktiska problem uppstår vid lagring av restprodukter med självbindan-de egenskaper. Materialen måste kunna hanteras även i fuktigt till-stånd, något som kräver speciella undersökningar.

III

Investigation of cyclone ashes from pressurized fluidized-bed

combus-tion as roadmaterials. '

By Peet Höbeda '

Swedish Road and Traffic Research Institute (VTI) 5-581 01 LINKÖPING

Sweden

SUMMARY

Two cyclone ashes from pressurized fluidized-bed combustion, one obtained from a dolomite bed, the other from a siliceous sand bed, have been investigated. Also the spent bed material from a dolomite bed has

been studied.

The wastes obtained from combustion on a dolomite bed have been considered interesting for use in road construction. The cyclone ash, which is obtained as the major waste, has a high content of CaO, MgO and 503 and is rich in amorphous material. Test cylinders, manufactu-red at optimum water content, developed high compressive strengths which was also found with mixtures of the cyclone ash and unmilled spent bed material. High strengths were also obtained at low

tempera-tures.

The cyclone ash from the sand bed had no binding properties. When this ash or fly ash from pulverized coal combustion were mixed with the active cyclOne ash from dolomite bed combustion, the compressive strength values decreased.

Freezeathaw durability tests were made with samples manufactured from the active cyclone ash after 28 'and 90 days moist curing. The water-saturated samples swelled after the durability test but did not crack. When inactive ash was mixed in the material, the freeze-thaw durability deteriorated.

Natural aggregates can be stabilized with a binder, consisting of a mixture of milled granulated blast furnace slag and cyclone ash from dolomite bed combustion. Good compressive strengths are obtained and

IV

the freeze-thaw durability seems to be adequate. The milled slag gives ' better results than portland cement with the cyclone ash. Also, it is advantageous to use a binder completely manufactured from waste

materials.

Further investigations, both in laboratory and test sections, are recom-mended with wastes originating from carbonate bed Combustion.

A literature study shows that inveStigations have only been done with wastes from atmospheric fluidized bed combustion, and mainly with milled spent bed materials, rich in free lime. This material has good binding properties but swelling problems have been experienced when constructing test sections in roads.

The swelling seems to depend on such factors as excess water content and high alcalinity as a colloidal, strongly water-absorbing ettringite is formed. Also, the anhydrite in the ash takes up water and increase in volume. A certain amount of swelling may be tolerated in a slow binding material as the ettringite formed is later combined with

hydration products. '

Practical problems arise when storing waste materials with self-binding properties in stockpiles. The material must be handled in a moist

condition and further research is needed.

1 INLEDNING

Förbränning av kol på trycksatt virvelbädd utgör en ny, tämligen miljö-vänlig teknik. Nya typer av restprodukter, med föga undersökta egen-skaper, erhålls och måste deponeras såvida nyttiggöring inte är möjlig. Restprodukterna kan inte som flygaska från kolpulvereldning omhän-dertagas av cement-eller betongindustrin och en användning i vägsam-manhang torde utgöra den största potentialen. Laboratorieförsök har därför påbörjats och en litteraturstudie utförts. Det är känt från utländska studier att restprodukter från atmosfäriska virvelbäddar kan ha bindande egenskaper.

2 KARAKTERISERING AV RESTPRODUKTERNA

För att eliminera emission av främst svaveldioxid kan en kalkstens-eller dolomitbädd användas vid förbränningen. I sådant fall erhålls kalk-, magnesium- och sulfatrika restprodukter i form av cyklonaska och förbrukat bäddmaterial som båda bör ha vissa bindande egenskaper. Cyklonaskan utgör den dominerande restprodukten vid trycksatt virvel- . bädd. Vid undersökningen har studerats dels de båda materialen från dolomitbädd, dels som jämförelse också en cyklonaska, erhållen vid eldning på sandbädd. (Det förbrukade bäddmaterialet, bestående av sand, har bedömts som mindre intressant).

Restprodukter från anläggningar i Malmö och Nyköping har översänts av ASEA PFBC, Finspång. Cyklonaska och förbrukat bäddmaterial från dolomitbädd härstammar fran pilotanläggning vid Öresundsverket. Nyköpingsaskan, bildad vid förbränning på sandbädd, kommer från en kommersiell anläggning.

Kornfördelningen för de båda cyklonaskorna enligt analys i lasergranu-lometer framgår av figur 1 och 2. Tämligen likartat resultat har erhållits. Den spec. ytan, beräknad från kornkurvan, är 2525 cmZ/g och 1947 cm2/g för askorna från Malmö resp Nyköping. Spec. ytor,

uppmät-ta enligt Blainemetoden, är däremot högre, #300 resp 6500 cmZ/g och

materialen byter också rangordning. Svepelektronmikroskopbilder av aska från dolomitbädd visar huvudsakligen oregelbundna partiklar, olika

1 *Km

1.:: nu '- 2 m.:

3' .2-.

GRANULOMETHE

725 2439

CILAS

1: ,4334

_{av nu.:}

" s * nu.: '12 jun 5: 5 T N u ' 16 »..um x E UL 5 I EISHT 4 2._ mm? 2 om 100 '48 014.9 64 066.5 90 _{-123 :12.7}96 324.9 50 .192 '334.2 70 . 1 882.3 2 60 1.5 862.72 2 9:34.32 50 3 925.22_{4 5:92.52} 40 5 'max_{8 914.92:} 30 :2 828.32_{16 827.57:}

2°

_{32 mm}

24. 333.3:

1°

₀

4a 252.22

_{64 6§8.82}

1 1.5 2 3 4

5 s

1215 2432

4864 95128192

.96 så?

_{8.407 7.} 192 122.22

DATEMMW SPECIFIC sunncs AHEA 159.5 :Ha/5

Figur 1 Cyklonaska Malmö PFCB (dolomitbädd).

'rm' 1.5 2 x 'a -' 4

bRÅNULUMETHE

715 8439

CILÅS

6

8 . 12 '25 nssuus IN HEIGHT 24 3 :32₄₉ 100 64 '95 90 128 -192 ao 70 _I 50 1.5₂ se 3₄ 6 4 0 a 12 30 16 20 g 4.2 :o 64 o 96 1 1.52 3 4 a a :215 2432 4954 95129192 3;: urcaons **

nns spamm SURFACE AREÅ (51147 CHE/G

Figur 2 Kornstorleksfördelning för cyklonaska från Nyköping (sand-bädd). VTI MEDDELANDE 469 : s åg F J q uh g w' 0 i o I . . . .

åâs

åi

s

z

I 'Ii 2 2 * L ' ål O 1 a I O'4 a n wa n s a n o m çn o n wm wo vn N N D O N N N N N N N Ö? N J > O N N N 3 2 3 : g e o

Grovmo Mellansand Growand Fing rus Grovgrus 0.6 0 IJ 0,06 A L A A + 4 0 5

1m l 1 ; v! .E 5 ;5 52 E E '57: 5 ' g'u'sl" 1 r. :. .J :. :.J :. ..:. /_ .1 E. r.: :. a i: : I : :l : : r. .. = : : '.'.' '1 : :i : : :T I : .. c : 90' _ .. Ö .. I. 7 I. I- : i -' : g .-a : : 1 : :I : : : E. = 5 o.: 1' I I: : Z : .. . .. .. _ ;- I- I. I. ' I. - l -i E E i E :i : : = ,Il 4;- : l 5 a r.. "_a .J z. '_.1 :. ..:. E- /4 :.- E-.J _._. 0-.c ' =. = =7- l' == :''7' I.E I_E :/ fi' :-: : 1n :nu u n- _ I - I- ] I. : 'P .5 I; I- I : E i "- == -1 '-'-= .'74 :- "L" .- 4 :r :'-J :-a. ' '-'° = ' : -° ' r : 1 : ' : : ' : a 60' = = ' = :. .- I- I- . -- r. ' .-å F - I. I i- I- I - = - l : = 5 : > 1 : : i : :i : i., = t : ___, | : a :. :. .J :. :..J. 5. Å _. .i :. _....å _. m 501 .'.' 2 i 1' :I L' / :i .. I - .. I .. C .- - I = I. I I- . u- ; I ;- : I I. :0 c : : I .. :I : Il' : = I 5 = 0 E E .I :. :. .i :n z.: z., _..r. =. ...å _._. :..1 r g 400 : : | :: :i J: . >:' : t : : 1 -' r i - - ' - '- -: L: * : : ' : g ' " E ' = 5 '-1' E 1": : ' : -. ' : In 30a : : l : '.1 ': .. - I . _ u .. 3 ' ' '- ' ' - ' - : : ' : : T : IL ' =_{f 5-} =_{E' 1,?}I :.w" _15-:=' .- i_{-' -r}: ::_{r.- -2}' _:-: _7-2: ' _:-: 20. 5 E "i '5 " E: /E : : I : : I = - 4- i :- -_T .. |- I. i I- - 5 7; I L'. ..-^' ': '|. 4=' :I 'L' : 2 i 7: E I .. I i_ m I. I. I- - I_ I- I-

:I-: 5-.

.-ø -1 .-7

:v/ '5

'5.'

a' 'i s'

5":

=

10! 5" 5 a : E :_ .: ; I : : I : . E E i E 'i E E E i E i E I r. :a .I L ;4 '- q'.. 7:. .I ;J 5. c : : I /:0 : : E : . : : .. I 0 " i i?" :i : : .. t ; 0 :g a i :1

0.!! !A!a;uu l to II 5 0 o 0 :stilblll I l l* 61:. a n .Trim ull | 0170 fill'

N

0.074 0.125 0.15 .0 0: 1.0 4 5,6 8 3131620 32 5064

Figur 3 Kornstorleksfördelning för förbrukat, bäddmaterial från ASEA-PFCB i Malmö.

de i flygaskor från kolpulvereldning (jfr bilaga 1).

Kompaktdensiteter 2.76 resp 2.15 kg/dm3 har erhållits och askan från dolomitbädd har det högre värdet.

Kornfördelningen hos bäddmaterial har bestämts genom siktningsanalys

(figur 3). Det är här fråga om ett sandigt material.

Kemisk sammansättning har bestämts vid Cementas laboratorium enligt röntgenfluorecensanalys. Följande resultat har erhållits:

Malmöaska Nyköpingsaska % % ' CaO 22.97 4.93 SiOz 19.03 27.35 A1203 7.89 13.18

Fe203

10.29

'

5.61

KZO 0.81 1.26 MgO! 15.11 2.38 503 19 2.63a Na20 O 0 . Cl 0.01 0.02 Glödgningsför- 1 lust (9500) 10.09 41.32

Halten fri kalk har bestämts till 0.Zl%i Malmömaterialet, härstam-mande från dolomitbädd, som har hög kalk-, magnesium- och sulfathalt. Glödgningsförlusten är mycket hög för Nyköpingsmaterialet, tydligen beroende på ofullständig förbränning. Glödgningsförlusten bestämdes även vid VTI, men då vid 750°C enligt ASTM C 311, varvid värdena 9.7 och 35.6% erhölls för Malmö- resp Nyköpingsmaterial.

pH-värdet bestämdes för askorna i vatten varvid följande resultat erhölls:

pH-värde efter:

15 min 1 tim 2 dygn

Malmö 9 . 74 10.08 11.77

Nyköping 12.62 12.60 12.18

Oväntat nog är Nyköpingsaskan mer alkalisk än Malmöaskan från dolomitbädd. pH-värdet för den förra minskar dock med tiden, men ökar för den sistnämnda, något som kan tolkas som en långsam hydratisering varvid kalk frigörs. Cyklonaska :från trycksatt karbonatvirvelbädd inne-håller inte fri kalk såvida driftförhållandena är normala.

Röntgendiffraktometrisk analys har gjorts av cyklonaska från dolomit-bädd varvid följande resultat erhölls:

80% amorft material 10% anhydrit Ca504 låga halter av: kvarts

MgO CaCO3 136203 FeS

Dessutom har det framkommit att en viss, ej mätbar halt av C3A

(trikalciumaluminat). En specialanalys i enkel kalorimeter har dessutom gjorts av värmeutvecklingen vid vätning med 15%-ig saltsyra. Metoden används för bedömning av aktivitet (bindförmâga) hos kalkrika flygaskor

från brunkol (Pachowski 1979), se referenser i bilaga 2. Ju större

temperaturutveckling desto större aktivitet. Följande resultat erhölls:

1:

Cyklonaska, Malmö ' 33°C

Cyklonaska, Nyköping 23°C

Bäddmaterial, Malmö 22°C

Askan, eldad på dolomitbädd ger högst värmeutveckling. Även bäddma-terialet visar aktivitet, men bör sannolikt finmalas för att vara användbar i bindemedelssammanhang, jfr bilaga 2. Den inte bindande Nyköpingsaskan visar även aktivitet varför metoden verkar föga till-lämpbar för aktuella restprodukter.

3 PACKNINGSEGENSKAPER

De två askproven, jämte det förbrukade bäddmaterialethar packats enligt tung instampning. Resultaten framgår av figur 4 och 5. Bäddma-terialet och cyklonaskan från dolomitbädd har de högsta torra densiteterna. Detförstnämnda visar ingen optimal vattenkvot, skrym-densiteten ökar tills vattenmättning sker vid ca 20% vattenkvot.

Cyklonaskan har ett otydligt optimum vid 20-25% vattenkvot. Cyklon-askan från sandbädd har mycket hög glödgni'ngsförlust (hög halt

oför-bränt kol) och skrymdensiteten blir därför mycket låg. Någon tydlig

optimal packningsvattenkvot framkommer inte, men innehåll av ca l+O% vatten verkar lämplig.

4 HÅLLFASTHETSUTVECKLING

4 .l Cyklonaskor

Vid förförsök instampades provkroppar av cyklonaskorna vid bedömd optimal vattenkvot, men även vid vattenkvoter över och under denna. Eftersom man önskade redan i ett tidigt skede ett preliminärt besked om hållfasthetsutveckling lagrades provkropparna 7 dygn vid rumstem-peratur, med också vid förhöjda temperaturer, nämligen +40°C och +60°C. Avsikten med de högre temperaturerna var att påskynda bind-ningsförloppet. Ett accelererat förfarande (7 dygn vid 38°C) används således för bedömning av flygaska-kalkstabiliserade material enligt ASTM C 539. Provtryckning har skett enligt Vägverkets anvisning, dvs med gummimellanlägg som reducerar tryckhållfastheten pga uppkom-met spaltbrott. Hållfasthetsnedsättningen kan vara 50% vid väl bundna

material.

U

1.50'

Aska, Malmö

.. .-5 p 0 I I

130'

... . N O 1 I

To

rr

sk

rym

de

ns

it

et

,

kg

/

dm

3

1JO'

L00-I Aska, Nyköping

0,90 .m \ / 1 1 1 t x_ 1 - I'

15

20

25.

30

'

35

40

45

-

Vuttenkvot,3$

'år -_ut _ nu. .-1

Figur 4 Resultat från packningsförsök med cyklonaskor från tryck-satt virvelbädd.

Tabelli Tryckhâllfastheter för askprov lagrade 7 dygn vid olika temperatur och vattenkvot.

Prov Vatten- Tempe- Torr skrym- Tryckhåll- Anmärkning

kvot ratur densitet fasthet

%

Oc

kg/dm3 .

MPa

Cyklon- 30 20 1.41 2.2

Vattensepara-aska, tion vid

pack-Malmö ^ ning 25 20 1.51 3.2 Vattensepara-tion, upp-sprickning 20 20 1.52 4.4 ' 15 20 1.44 4.1 20 40 1.53 3.9 20 60 1.53 2.7 Cyklon- 30 20 0.90 1.1 aska, 35 20 0.92 1.1 Nyköping #0 20 , 0.94 1.1 45 20 0.93 1.3 40 40 0.97 1.2 40 60 0.92 1.5 A

1,65Vatten

-/ separation

d 0 \ _{O 1} l :_ .å 1_{U U}1 I I

To

rr

sk

rym

de

ns

it

et

,

to

n/

m3

.i .

W

'r

r

'

>

10

15

2b VdHenkvot,3/o

Figur 5 Packningsförsök på förbrukat bäddmateriai, Malmö.

Resultaten framgår av tabell i och figur 6. Det framgår att kalkrik cyklonaska, packad vid optimal vattenkvot, binder till högst hållfasthet

(ca 4.4 MPa). Oväntat nog erhålls försämrat resultat vid förhöjd

tempe-ratur med denna asktyp. Detta kan ev. bero på att en speciell, vattenbindande reaktionsprodukt (ettringit) bildas som är

temperatur-känslig (jfr bilaga 2). Högre vattenkvot än den optimala ger

vattensepa-ration vid packning och nedsatt hållfasthet.

För att studera effekten av långtidslagring instampades sedan provkrop-par .vid bedömd optimal vattenkvot. De lagrades olika tid vid två temperaturer, dels +5°C dels +20°C, före bestämning av svällning och tryckhâllfasthet.

Tryckhållfasthetsutvecklingen vid den lägre temperaturen bedömdes särskilt intressant eftersom en amerikansk undersökning visat att restprodukter från atmosfärisk virvelbädd kan ha god bindning vid låg

temperaturer (jfr bilaga 2).

O i z C .7 C.

CYKLONASKA NYKÖPlNG

VATTENKVOT(LAGR1NGSTEMP.)

2530-200) 30:(+2o<:) 2030-400) :oxo-me)

_

o l z C .7. C.

CYKLONASKA . MALMÖ'

ll

Resultaten framgår av tabell 2 och figur 7. Cyklonaskan från dolomit-bädd visar mycket god hållfasthetsutveckling även vid låg temperatur, långtidshållfastheten verkar t o m bli bättre än vid rumstemperatur. En viss svällning av provkropparna, som dock ej fört till sönderfall, konstateras. Cyklonaskan från sandbädd visar ingen hållfasthetsutveck-ling och kraftig svällning.

Försök har inte gjorts med enbart förbrukat bäddmaterial eftersom prov erhölls i ringa kvantitet. Blandningar med cyklonaska har dock studerats (mom. 4.2).

Tabell 2 Tryckhållfasthet på cyklonaskor från Malmö och Nyköping. Varierad lagringstid och -temperatur.

Cyklonaska Lagring Vatten- Sväll- Skrym-

Tryck-Malmö Nyköping tid temp kvot ning densitet

håll-fasthet

%

0/0

dygn

Oc

%

0/0

kg/dm3

MPa

' 100 7 20 20 - 1.52 4.4 " 28 " " 0.1 1.52 11.2 " - 90 " " 0.3 1.55 11.8 " 180 " "' 0.2 1.53 9.7 " 365 " " 1.9 1.55 1.8 100 28 5 20 0.1 1.55 6.7 " 90 " " 0.1 1.55 13.6 " 180 " " 0.1 1.56 18.7 100 7 20 40 - 0.90 0 6 " 28 " " 0 7 0.92 1 5 " 90 " " 0.8 0.88 1 5 " 180 " " l 0 0.89 1 7 " 365 " " l 1 0.89 1 8 100 28 5 #0 0 8 0.87 0 9 " 90 " " l 1 0.87 0 9 " 180 " " O 9 0.89 1 5 VTI MEDDELANDE 469

12»

CYKLO NASKA MALMÖ

20

.4 O!

TR

YC

KH

AL

LF

AS

TH

ET

MP

O

8

OI +20 C +5 C

LAGRINGSTEMPERATUR .

CYKLONASKA NYKÖPING

20 ... L \U I

TR

YC

KH

AL

LF

AS

TH

ET

MP

G

8

0!

+20 0

+5 0

LAGRlNGSTEMPERATUR

Figur 7 _{Tryckhållfasthet på cyklonaskor. Varierad lagringstid och} -temperatur.

13

#.2 Blandningar av cyklonaskor, bäddmaterial och flygaskor Blandningar av de två cyklonaskorna har studerats eftersom det i praktiken kan tänkas att man omväxlande använder sig av förbränning på dolomit-, kalksten- eller sandbädd, beroende på kolets svavelhalt; och inte omhändertager askorna separat. Dessutom har blandningar av den kalkrika cyklonaskan och två flygaskor från kolpulvereldning under-sökts. Förhoppningen är att de två asktyperna med hög kalk-, sulfat-resp kiselsyra ska samverka till god bindning.

Provkropparna tillverkades som tidigare vid bedömd optimal vattenkvot och lagrades vid rumstemperatur i fuktrum. Resultatet framgår av tabell 3 och figur 8. Tryckhållfastheten (ZS-dygnsvärde) hos bland-ningarna av de två cyklonaskorna ökar med halten material från' dolomitbädd. En tillsats av cyklonaska från sandbädd ger dessutom upphov till svällning.

För en blandning av cyklonaska från dolomitbädd och flygaska från kolpulvereldning ( också från Öresundsverket i Malmö) ökar hållfasthe-ten med halhållfasthe-ten cyklonaska. Någon ökad hållfasthet genom flygaskatill-satsen erhålls således inte men istället kan sägas att tillsätts cyklon-aska en flygcyklon-aska utan nämnvärd egen bindförmåga, erhålls ett avsevärt

förbättrat material.

Motsvarande provning gjordes även med flygaska från Västerås som tidigare utan tillsatser visat dålig hållfasthetsutveckling, också enligt erfarenheter från provvägsförsök (VTI Meddelande 396). Cyklonaskan ger också här en god aktivering. En kraftig svällning konstateras dock för denna blandning.

Tabell 3 Tryckhållfasthet på blandningar av cyklonaskor, Malmö OCh Nyköping, flygaskor, Öresundsverket resp flygaska, Västerås. Varierad lagringstid vid 20°C. '

Cyklonaska Flygaska Lag- Vatten- Skrym- Tryck- Sväll-Malmö Nyköping Öresunds- Västerås rings- kvot densitet håll- ning

verket tid fasthet

%

%

%

%

dygn

%

kg/dm3

MPa

%

25 75 28 35 1.01 3.0 2.4 50 50 " 30 1.13 4.2 2.1 75 25 " 25 1.31 6.9 1.8

25

75'

28

A 20

1.37

4.4

-50 50 " " 1.41 5.9 -75 25 " " 1.49 9.9 -25 75 7 20 1.38 2.4 -" -" " 90 " 1.38 > 6.3 -" " 180 " 1.37 7.1 -" " 270 " 1.37 8.4 -50 50 7 20 1.44 3.7 -" 90 " 1.44 7.9 -" " 180 " 1.43 8.2 -" " 270 " 1.44 0.3 -12.5 87.5 28 25 .1.31 2.3 1.5 25 75 " " 1.35 3.2 1.5 50 . 50 " " 1.41 4.7 1.5 75 25 " 20 1.46 7.9 1.6 50 50_ 7 25 1.41 1.9 -" " 90 " 1.41 4.6 0.0 " " 180 " 1.41 7.0 0.2 VTI MEDDELANDE 469 I

15 12 - O Ö T R Y C W ÅS T H E T , MPO O N

MALMÖ/NYKÖPlNG

u

MALMÖ/ÖRESUND

28 dygn* ä .

k \

å ,

28 dygn \ ä 4 /

28 dyg§

Ö

_å

_{/ \}

s S 1 0 Aê . - t r r 28/75 som 75/2: 25/75 60/50 75/21!

_ MALMÖ/VÃSTERÅS

W W H . M P O 0 o

xxâ

åå

å

ä

SL E/ 87 .5 -1

Tryckhållfasthet på blandningar av cyklonaska, Malmö med cyklonaska, Nyköping resp flygaska från Östersundsverket och Västerås. Varierad lagringstid vid +200C.

Figur 8

16

Blandningar av cyklonaska och förbrukat bäddmaterial (dolomitbädd)

undersöktes därefter. Resultatet framgår av tabell i; och figur 9. Mycket god hållfasthetsutveckling konstaterades och en blandning av ungefärligen lika delar ger bäst resultat. Ringa hållfasthetsutveckling erhålls efter ca ett halvår. Kraftig svällning börjar uppträda vid en blandning av 75% bäddmaterial och 25% cyklonaska, men provkropparna har inte sönderfallit genom uppsprickning.

Tabell 4 Tryckhâllfasthet på blandningar av bäddmaterial och cyklon-aska från Malmö. Varierad lagringstid vid 20°C. Vattenkvot

15%.

Bädd- Cyklon- Lagrings- Svällning Skrym-

Tryckhåll-material aska tid densitet fasthet

%

%

dygn

%

, kg/dm3

MPa

25 75 7 -= 1.63 5.3 " "t 28 -- 1.62 10.8 " " 90 0.2 1.62 12.5 " ' " 180 0.2 1.62 15.0 " " 365 1.62 15.9 50 50 7 - 1.78 6.9 " " 28 - 1.76 12.0 " " 90 - 1.77 14.4 " " 180 0.3 1.76 18.0 " " 365 1.77 18.8 75 25 7 - 1.84 6.5 " " 28 - 1.82 9.5 " " 90 1.4 1.83 12.5 " " 180 1.0 1.83 1401 " " 365 1.83 15.9 VTI MEDDELANDE l+69

20

.. .A ₀₁ .-5 O

TR

YC

KH

AL

LF

AS

TH

ET

MP

O

0! 17

50/50

BÄDDMTRL/CYKLONASKA

75/25

25/75

Figur 9 Tryckhâllfasthet på blandningar av bäddmaterial och cyklon-aska från Malmö. Varierad lagringstid vid +20°C. Vattenkvot

15%.

4.3 Frostbeständigheten hos blandningar av cyklonaskor OCh

O 7 DYGN

28 DYGN

90 DYGN

180 DYGN

i: 365 men,

flxgaska

Frostbeständigheten hos valda blandningar har undersökts på provkrop-par som först fuktlagrats 28 dygn. Provkropprovkrop-parna har sedan vattenmät-tats i vakuum enligt ASTM C 593 och utsatts för 10 frystöcykler (ca -ZOOC resp +200C). Svällningen hos provkroppen har mätts och tryck-hållfastheten, om så är möjligt, bestämts. Resultatet :framgår av tabell 5.

VTI MEDDELANDE l+69

18

Tabell 5 Frys-töväxlingsförsök på blandningar av cyklonaskor, Malmö och Nyköping resp flygaska, Västerås. Provkropparna först lagrade 28 dygn vid ZOOC.

Cyklonaska Flyg- Vattenupp- Sväll- Skrym- Tryckhållfasthet aska tagning ning densitet vid för-

jämfö-Malmö Nyköping Västerås söket rande

. 28 dygn

%

%

0/0

%

%

kg/dm3

MPa

MPa

100 - - 9 3 2.7 1.56 8.7 ll .2 75 25 - 14.2 7.2 1.30 ^ 2.1* 6.9 50 50 - 17.1 7.1 1.13 1.8* 4.2 7.5 - 2.5 10.5 3 4 1.46 3.6* 7.9 50 - 50 3.9 6.0 1.41 - ** 4.7

*) Provkropparna ytligt sönderfallna.

**) Provet helt sönderfallet.

Provkropp av cyklonaska från dolomitbädd visar stark svällning men ingen höggradig hållfasthetsnedsättning. Blandningarna av de två cyk-lonaskorna gav mycket hög svällning och provkropparna sprack sönder. Blandningarna av cyklonaska 'och flygaska gav också dåligt resultat. Sammansättningar, där cyklonaskan utgör den haltmässigt mindre kom-ponenten har tyvärr inte undersökts. Samma sak gäller blandningar av

( cyklonaska och förbrukat bäddmaterial från dolomitbädd som gett

mycket god hållfasthetsutveckling. Frostbeständigheten förbättras med ökad lagringstid, men brist på material har inte möjliggjort utökade undersökningar.

5 FÖRSÖK ATT STABILISERA NATURMATERIAL MED

BIN-DEMEDEL BASERAT PÅ CYKLONASKA

Flygaska-kalk eller t o m enbart kalkrik flygaska från kolpulvereldning används utomlands för stabilisering av naturmaterial. Ett exempel är kalkrik brunkolsflygaska från Gardanne som enligt fransk anvisning tillsätts bärlagergrus i en halt av ca 4%. Motsvarande försök har gjorts med cyklonaska från dolomitbädd, som tillsatts granitkross 0-20 mm (VTI:s referensmaterial) i en halt av 8%. Dessutom gjordes ett försök där 2% portlandcement och 6% cyklonaska tillsattes. Lagring skedde vid 1 olika temperaturer. Resultatet framgår av tabell 6.

19

Tabell 6 Tryckhållfasthet på blandningar av cyklonaska och referens-material 0-20 mm (skärlundagranit) med och utan tillsats av cement. Lagring 7 dygn vid varierad temperatur.

Referens- Cyklonaska Cement Lagrings- Vatten- Skrym-

Tryck-material Malmö temp. kvot densitet

håll-0-20 mm fasthet

%

%

%

0C

%

kg/dm3

MPa

92 8 60 5 2.16 0.9 " " 38 " 2.16 1.4 " " 20 " 2.16 1.2 " " 5 " 2.16 0.7 92 6 2 20 5 2.20 2.6 H I' N 5 'I 1.7

Dåliga 7-dygnshållfastheter konstateras, även om cementtillsatsen ger

förbättrat resultat.

Mera omfattande försök gjordes senare med cyklonaska i kombination med till cementfinhet mald hyttsand (också benämnd slaggbindemedel och såld under firmanamnet Merit). Cyklonaskan, som innehåller både kalk och sulfat bör ge en god aktivering åt hyttsanden. Som basmaterial valdes denna gång sandavskiljningsprodukt 0-8 mm, som också använts som referens vid tidigare undersökningar, (sanden är också att betrakta som en restprodukt). Långtidslagring utfördes vid rumstemperatur vid

vattenkvoten 6%.

Två bindemedelshalter, 4 och 8%, studerades samt förhållandet cyklon-aska till mald hyttsand varierades. Resultaten framgår av tabell 7 och figur lO. Redan en blandning av 1% cyklonaska och 3% mald hyttsand får en långtidshållfasthet, intressant i stabiliseringssammanhang. Med 8% bindemedel erhålls bättre resultat, även om 7-dygnshållfastheten fortfarande är mycket låg. Bäst hållfasthet erhålls med en blandning, bestående av 2% cyklonaska och 6% mald hyttsand. Även bindemedel, bestående av 4% cyklonaska + 4% mald hyttsand, har gett lovande resultat. Korttidshållfastheten är dock låg - något som troligen beror på att sulfataktiveringen av hyttsanden är en långsam process. I Frankrike

20

tillsätter man därför vid sulfataktivering av hyttsand ("grave-laitier"

metøden) soda i låg halt för bättre korttidshållfasthet. Såvida den

obundna blandningen har hög stabilitet, bestämd t ex genom CBR-försök, kan dock låg korttidshållfasthet accepteras.

Tabell 7 Tryckhållfasthet på blandningar av cyklonaska, Malmö med mald hyttsand och sandavskiljningsprødukt 0-8 mm. Varierad lagringstid vid 20°C. Vattenkvot 6%.

Sandav- Cyklon- Mald hytt- Lagrings- Skrymo

Tryck-skiljnings-o aska sand tid densitet

håll-produkt fasthet

%

%

%

dygn

kg/dm3

MPa

96 1.0 3.0 i 7 2.01 0 " ". " 4 28 2.02 3.1 " " " 90 1.99 ' 5.6 " " " '180 1.99 4.7 " " " 350 1.99 5.3 96 2.0 2.0 7 2.00 0 " " " 28 2.01 2.0 92 . 1.0 7.0 7 2.09 0.1 " " "' 28 2.10 7.4 92 2.0 6.0 7 2.08 0.2 " " " 28 2.08 7.7 " " " 90 2.08 12.1 " " " 180 2.08 12.2 " " " 350 2.09 13 . 8 92 4.0 4.0 7 2.09 0.8 " " " 28 2.07 7.0 " " . " 90 2.07 9.0 " " " 180 2008 9.5 " I " " 350 2.06 1' 10.6 VTI MEDDELANDE 469

21

1

\ 7 men

i

' E23 DYGN

90 men

U ;.W.

§10

i_

k 180 DYGN

u _min

g

, §2; är 550%"

_ä:

ä 2:1: \

'få :5:

\

1-3

_'4

w

_{'0' \}

'

_{'e \}

N

'4

5.4

'4 \

v

w

v ä

x

;H

'-4

'0' :2:5

'04 N

-

/

_Q:

9

På

_M

'0'

_{54 \ 4.;}

'é N

_{på \} \: 0 O \1 0 \

\

'0"

o' .'55

'0- \

§§

:4

?i

:4

/\

§4

§4 ?5:

f

/

a

.0. 2:: v. ä

0

.A

_ I

...0.

...2. .är .5.9. \

96/1/3

96/2/2

92/1/7

92/2/6

92/4/4

SANDAVSKlLJNlNGSPRODUKT/CYKLONASKA MALMÖ/MALD HYTTSAND

Figur 10 _{Tryckhâllfasthet på blandningar av cyklonaska, Malmö med} mald hyttsand och sandavskiljningsprodukt 0-8 mm. Varierad lagringstid vid +20°C. Vattenkvot 6%.

Frostbeständigheten har tyvärr undersökts hos en enda sammansätt-ning, nämligen 8% bindemedel, bestående av lika delar cyklonaska och mald hyttsand. Resultatet framgår av tabell 8. Någon större hållfast-hetsnedsättning har inte uppträtt och svällningen är låg.

22

i Tabell 8 Frys-töväxlingsförsök pä blandning av cyklonaska, Malmö, med hyttsand och sandavskiljningsprodukt 0-8 mm. Prov-kroppen först lagrad 28 dygn vid ZOOC.

Sand- Cyklo-n- Slagg- Vatten- Sväll- Skrym- Tryckhållfasthet

avskilj- aska binde- upp- ning densitet med - utan

nings- medel tagning frys-töväxling

produkt

%

%

%

%

%

kg/dm3 MPa

MPa

92 4.0 4.0 5.1 0.1 2.07 6.1 7.0

6 BEDÖMNING

Undersökta cyklonaskor från dolomit- resp sandbädd har väsentligt olika egenskaper och endast den förstnämnda bedöms vara av intresse i vägsammanhang. Den får- med tiden mycket god bindning. Hållfasthe-ten nedsätts om cyklonaska från dolomitbädd blandas med antingen cyklonaska från sandbädd eller flygaska från kolpulvereldning. Bland-ningar av cyklonaska och förbrukat bäddmaterial från dolomitbädd får mycket god hållfasthet. Viss svällning har konstaterats av en del sammansättningar vid fuktlagring. Provkropparna har dock inte 'spruckit sönder. Prehydratisering har enligt litteraturstudien (bilaga 2) varit nödvändig vid användning av virvelbäddsaskor från atmosfärisk virvelbädd som innehåller fri kalk. Material från trycksatt virvelbädd innehåller dock normalt inte fri kalk.

Accelererad lagring vid förhöjd temperatur lämpar sig inte för mate-i rmate-ialen eftersom hällfastheten nedsätts.

Frostbeständigheten har undersökts i begränsad omfattning för bland-ningarna. Ren cyklonaska från dolomitbädd har tämligen god bestän-dighet efter 28 dygns lagring, provkroppen sväller visserligen men går ej sönder som exempelvis ett cementstabiliserat material. Inblandning av antingen cyklonaska från sandbädd eller flygaska från kolpulvereld-ning ger försämrat resultat. Blandkolpulvereld-ningar av cyklonaska och förbrukat

bäddmaterial har inte studerats.

23

Bindemedel, baserade på cyklonaska från dolomitbädd, har undersökts för stabilisering av naturmaterial. Mald hyttsand lämpar sig bättre än portlandcement som tillsatsmedel. Cyklonaskan är sulfatrik och verkar tydligen som aktivator för hyttsanden. God långtidshållfasthet har erhållits vid stabilisering av sandavskiljningsprodukt, även om korttids-hållfastheten är mycket låg. Detta spelar dock mindre roll om basmate-rialet har .hög stabilitet och vattenkvoten är lämplig. Stabiliteten undersöks lämpligen genom provning av CBR-värde hos blandningen direkt efter packning. Önskas förbättrad korttidshâllfasthet kan en alkalisk tillsats inblandas i ringa halt.

Frostbeständighetsprovning har gjorts endast på en sammansättning efter 28 dygns lagring, varvid god be'ständighet konstaterades.

Cyklonaska från dolomitbädd, men också blandningar av cyklonaska och förbrukat bäddmaterial, binder till hållfastheter som är mer än liga för användning i vägöverbyggnad. Förutsättningen är dock tillräck-lig volymsbeständighet.

Naturmaterial, stabiliserat med mald hyttsand och cyklonaska fär också hållfastheter som är mer än tillräckliga i bärlagersammanhang. Binde-medlet utgörs helt av restprodukter även om hyttsanden förädlats genom malning. Sandavskiljningsprodukt, som undersökts som basmate-rial, utgör dessutom en restprodukt från gruskrossning.

7 REKOMMENDATION

De intressanta egenskaperna hos cyklonaska från dolomitbädd, men också hos förbrukat bäddmaterial, gör att restprodukterna förtjänar ytterligare undersökningar. Nya provtag'ningar bör göras för att utröna variationer i materialegenskaper. Beständighetsproblemen måste också bättre klarläggas.

Torra produkter har undersökts men det bör även studeras vilka möjligheter det finns att lagra material som främst bildas på vintern -på ekonomiskt realistiskt sätt och vilka åtgärder som behövs för att

förhindra självbindning i upplag (jfr bilaga 2).

Zl!-Undersökningar bör göras i provväg med cyklonaska, ev. i blandning med förbrukat bäddmaterial. Provningen bör till att börja med göras i mindre provsträckor så att kostsamma reparationsåtgärder inte blir nödvändiga. Förutom bärighets-och hållfasthetsutveckling kontrolleras även ev. volymsförändringar genom avvägning.

mwå m02<qm00m2 E.>

6502_th mc

:vanemwmho av 30 .wciopmpww m2 M wEBE :må .mxmmcoväu H 30m

.221mmu.goxmnam

d

. .

...ewa .4 .Fit... ..5k45çg3. w um ...QS .FJ

,. cv,. RÖ. itu.0.am a

... A . n _5...Iär .

_ §m<zo§ u >< mmadmmozmomäs zompzmämmä

S H Bm

H mwåm

x. .. . v, 7,

Bilaga 1 Sid 2 (2)

'

., " . :ab

almmisbkgEaaaåz 2332x924ec91

MM-'* T" < *HJ a.. man M- *anwa* - ..

_4L955342333f83 *031' "4+

FW *' A..;.

Foto 2 . Korn av cyklonaska från Malmö i högre förstoring.

Bilaga 2 Sid 1 (7)

LITTERATURSTUDIE

Restprodukter från virvelbäddar är lite undersökta till skillnad från flygaska från kolpulvereldning. De undersökningar som finns behandlar också atmosfärska virvelbäddar och då huvudsakligen förbrukat bädd-material. Vid aktuell typ av trycksatt vivelbädd blir dock cyklonaska den dominerande restprodukten.

Beroende på dethöga partialtrycket i en trycksatt virvelbädd förblir karbonatet okalcinerat, såvida bäddtemperaturen inte är tillräckligt hög

(Sun m fl, 1980). Restprodukter från atmosfäriska virvelbäddar

(karbo-natbäddar) innehåller dock bl a fri kalk och man har t o m övervägt förbrukat bäddmaterial som kalkersättning i vissa sammanhang (Miller 1977). Kornstorleken hos den förbrukade produkten beror på det inmata-de bäddmaterialet, men är vanligen av sandfraktion. För att bättre frigöra halten aktiva beståndsdelar i materialet krävs därför malning. En västtysk uppsats behandlar enlaboratoriestudie av aska från cirkule-rande virvelbädd, dock inte karbonatbädd (Lotze och Wargalla 1985). Askan, som är den dominerande restprodukten, har därför låg kalk- och sulfathalt. Glödgningsförlusten är också låg. Askan har bildats vid en temperatur under 850°C och innehåller därför inte sfäriska partiklar av smält material, i form av reaktiv kiselsyra, som hos flygaska från kolpulvereldning. Partiklarna, som härstammar från lermineral m.m., har dock blivit termiskt aktiverade och har därför puzzolana egenska-per. Vid en temperatur över 950°C börjar dock mineralisk mullit bildas och reaktiviteten går därmed förlorad. För smältning och bildning av en reaktiv glasfas krävs temperaturer överstigande llOOOC. Virvelbädds-askan kan aktiveras med cement eller kalk. Askan anses lämpa sig för sammalning med klinker vid cementtillverkning, som tillsatsmedel i betong, som komponent vid framställning av stabiliserade bärlager och i som filler i asfaltbeläggningar.

Nebgen m fl (1977) har i USA studerat förbrukat bäddmaterial

(karbo-" natbädd) med hög halt av fri kalk för stabilisering av leriga jordarter. Askan anses verka på likartat sätt som kalk eller flygaska-kalk vid

Bilaga 2 Sid 2 (7)

jordstabilisering.

Peterson m fl (1976) har, också i USA, undersökt bl a malt förbrukat bäddmaterial från karbonatbädd som tillsats i cement. Det prehydrati-serades först för att släcka den fria kalken. Man anser på grundval av hållfasthetsutvecklin-gen att så hög tillsats som 50% av den sulfatrika restprodukten är möjlig i ett modifierat cement. Beständighetsproble-menverkar dock inte vara studerade. Peterson (1980) beskriver senare försök med blandningar av malt bäddmaterial och cyklonaska. God hållfasthetsutveckling konstaterades, beständigheten verkar dock inte

heller nu ha undersökts.

En australisk undersökning behandlar restprodukter från förbränning av kolreningsavfall (Pearson-Kirk och Montgomerygl98l). Karbonatbädd har ej använts. Omalt, förbrukat bäddmaterial blandades med cement eller cement + flygaska (från kolpulvereldning). Provkropparna svällde dock och fick låg hållfasthet. Prov gjordes att stabilisera bärlagergrus med blandningar av förbrukat bäddmaterial, flygaska och cement. Goda hållfastheter kunde erhållas med flygaska och cement. Ersattes *flyg-askan med cyklonaska från virvelbädd försämrades dock resultatet. En provsträcka byggdes och sägs ha gett gott resultat. Andra försök visade att cyklonaska kan användas som filler i asfaltbeläggningar.

Miller (l977) beskriver försök i USA att tillverka stabiliserat bärlager

av stenmaterial, förbrukat bäddmaterial (karbonatbädd) och flygaska, med och utan kalktillsats i låg halt. Goda hållfastheter erhölls även utan kalk, såvida bäddmaterialet först maldes. Svällning kunde ofta konstateras hos provkropparna vid fuktlagring, men i de flesta fall ansågs volymsökningen tolerabel. Ett 'fåtal försök gjordes också att testa frostbeständigheten, som i regel bedömdes tillfredsställande. Enligt Miller är förbrukat bäddmaterial 'också användbart för till-verkning av byggnadsblock, som kalkersättning, bl a vid

rökgasavsvav-ling vid kolpulvereldning m.m.

Collins (1980, 1982) har fortsatt undersökningarna, redovisade av Miller. Man har även undersökt blandningar, lagrade vid låga temperaturer

Bilaga 2

Sid 3 (7)

(-2°C och +130C) varvid fortfarande god hållfasthetsutveckling

konsta-terades. Provsträckor med stabiliserat bärlager har byggts hösten 1978 i

östra Ohio. Förbrukat bäddmaterial (omalt?) blandades med

stenmate-rial och vattennâgra veckor i förväg och lades i upplag för prehydrati-sering av fri kalk. Flygaska tillsattes vid den senare blandningen före utläggning. Alltför mycket vatten erhölls dock i materialen som efter utläggning belades med asfaltbeläggning. De provsträckor, som innehöll mest förbrukat bäddmaterial och vatten, visade svällning.

Senare försök visade att ett överskott på vatten är nödvändigt för att ge svällning. Provkroppar, som lagrades i direktkontakt med vatten, svällde således betydligt mer än endast fuktlagrade provkroppar. Pre-hydratisering av förbrukat bäddmaterial reducerar svällningen. om flygaska tillsattes såiatt förhållandet mellan bäddmaterial och flygaska var 3/7 eller mindre erhölls ingen skadlig svällning. Nya provsträckor har lagts, främst för att undersöka volymstabiliteten, men slutgiltiga

resultat redovisas inte.

Dessutom har fortsatta försök gjorts att tillverka byggnadsblock av stenmaterial, flygaska, förbrukat bäddmaterial, flygaska och cement. Syntetiskt stenmaterial har framställts, dels genom sintring av förbru-kat bäddmaterial och flygaska, dels genom pelletisering varvid vatten-glas tillsattes som bindämne. Dessutom utfördes brikettering varvid förutom bäddmaterial och flygaska även avsvavlingsslam från våt metod tillsattes. Det kan i sammanhanget även hänvisas till erfarenhe-ter med andra sulfatrika restprodukerfarenhe-ter som avsvavlingsprodukt,

fosfor-gips m fl (VTI Meddelande 468).

Minnick (1982) behandlar i USA flygaska från kolpulvereldning i kombi-nation med andra restprodukter, bl a förbrukat bäddmaterial från atmosfärisk virvelbädd. Själva askan anses inte puzzolanisk, eftersom den bildats vid alltför låg temperatur, men kan vara reaktiv pga halten anhydrit och fri kalk. Vid blandning med flygaska från kolpulvereldning erhålls ett material som binder till hög hållfasthet.

Rohrbach (1969) har studerat malt bäddmaterial från förbränning av

Bilaga 2

. Sid 4 (7)

oljeskiffer på virvelbädd som tillsatsmedel i cement. Materialet inne-'håller kalciumsilikater, kalciumaluminater, kalciumsulfat, något fri

kalk och sulfat* bildade vid förbränningen. Cirka 30%-ig inblandning visade sig lämplig för att problem med volymsbeständighet inte skulle uppstå. Blandcementet hade mycket god sulfatbeständighet.

Israeliska laboratorieundersökningar har gjorts att använda sig av mald virvelbäddsaska, också från förbränning av oljeskiffer på kalkstensbädd (Ish-Shalom m fl 1980, Baum m fl 1985). Maximal hållfasthetsutveckling erhölls efter förbränning vid temperaturer mellan 700-9000C. Det visade .sig att en optimal mängd B'-dicalciumsilikat (ett cementklinker-mineral) och fri kalk bildades inom detta temperaturintervall. Det dåligt kristallina dikalciumsilikatet var mycket reaktivt. Askan var lättmald och produkten blev mycket finkornig. Vattenbehovet hos ett bruk blev större än med portlandcement. Högre porositet och'lägre hållfasth-et än med cement, erhölls dock tillräcklig för användning i ' byggblock, byggnadselement m.m. Blandades askan med portlandcement erhölls dåligt resultat, och materialen anses inte passa ihop. Volymsta-biliteten hos askbindemedel var minst lika god som hos portlandcement. Ettringit bildades men utövade ingen svällning, sannolikt pga det stora

hâlrum met i materialet.

Svällningsproblemen med virvelbäddsaskor, rika på sulfat och fri kalk, kan bero på att den ettringit, som bildas i starkt alkalisk miljö är av kollodial natur, och därmed vattenupptagande och starkt svällande (Metha, 1973). Ettringit som bildas i en mindre basisk miljö är däremot kristallin. och föga svällande. Bindförmågan hos utomlands normerat supersulfaterat cement, baserat på malen hyttsand, gips och mycket ringa mängd portlandcement eller kalk, tillskrivs bindningen åstadkom-men av de bildade, mikroskopiska ettringitnålarna, även om senare också andra produkter bildas vid hydratiseringen.

Nieminen (1979) anser att en viss svällning ett bindande material med

hög sulfathalt inte behöver föra till sönderfall, såvida en efterföljande långsam hydratisering sker. Den först bildade ettringiten omsluts av de senare bildade hydratisationsprodukterna. Bindemedel, innehållande hög

Bilaga 2 Sid 5 (7)

halt hyttsand eller flygaska, är gynnsamma i det avseendet. Taneja och Singh (1980) har också funnit ökad beständighet hos "fosforgipscement", såvida malen hyttsand eller flygaska tillsattes förutom portlandcement. En anna orsak till svällning hos cyklonaska eller förbrukat bäddmaterial, rika på anhydrit, är den långsamma omvandlingen till dihydrat (gips) i närvaro av fuktighet. Enligt Zanbak och Arthur (1984) tar detta tre månader till ett år för naturlig anhydrit. Volymsökningen kan därvid bli 62.6%, men svällningen beror också på faktorer som hålrummet i materialet, fuktkvot, förekomst av beståndsdelar som reagerar med anhydrit. Svällningen minskar även om ett stenmaterial ingår i bland-ningen.Vid användning av restprodukter med självbindande egenskaper i sådana stora volymer, som går åt vid användning i vägbyggnad, uppkom-mer hanteringsproblem. Förvaring i torrt tillstånd i siloär kostnadskrä-vande och lagring utomhus i upplag försvåras av självbindningen. Minnick (1982) går in på de praktiska problemen att använda restpro-dukter med bindande egenskaper. Lagring av torrt material kan ske under tak tämligen lång tid utan att aktiviteten går förlorad'annat äni ett ytligt lager. Vid lagring av fuktigt material utomhus kan ombland-ning behövas för att undvika alltför hård bindombland-ning. Flygaska och ev. stenmaterial kan inblandas före transport och utläggning.

Prehydratisering har enligt Minnick visat sig förbättra beständigheten hos ex. kalkrika flygaskor eller virvelbäddsaskor med svällande egenska-per. Risken för sammanbakning måste dock beaktas. Veterligt mal man ibland lagrade lignitflygaskor (klass C enligt* ASTM C 618) i USA före inblandningen i betong. Bindförmågan kan å andra sidan utnyttjas för att framställa ett syntetiskt "grus" ett ganska "exotiskt" användnings-område i Sverige. Svällningsegenskaperna borde kunna utnyttjas för specialändamål, t ex tillverkning av bindemedel för utfyllnad av under-jordiska, utbrutna gruvorter m.m. Ett alternativ till expansivcement

kan även framställas.

Bilaga 2

$d6(7)

REFERENSER

Baum, H., Bentur, A., Soroka, I. Properties and structure of oil shale ash pastes. Cement and Concrete Research, vol 15, s. 303-314 och 391-400,1985.

Collins, RJ. Utilization of fluidized bed combustion wastes. Journal of Testing and Evaluation, vol 8, no 5, 1980.

Collins, RJ. Aggregate-related applications for residues from fluidized bed combustion boilers. Extending Aggregate Resources, ASTM STP

774, 1982. '

Ish-Shalom, M., Bentur, A., Grinberg, T. Cementing properties of oil-shale ash. Cement and Concrete Research, vil 10, 1980, s. 799-807 och vol 11, 1981, s. 175-82.

Lotze, J., Wargalla, G, Kenndaten und Verwertungsmöglichkeiten von Aschen aus einer Feuerungsanlage mit Zirkulierender Wirbelschicht. Zement-Kalk-Gips, nr 5 och 7, 1985.

Mehta, P.K., Polivka, M. Expansive cements and their applications. Progress in Concrete Technology (ed. V.M. Malhorta). Canmet 1984. Miller, R.H. Potential uses for the residue from the fluidized bed combustion process. 5th Int. Conf. Fluidized Bed Combustion, Washington, 1977.

Minnick, LJ. The role of fly-ash in co-utilization of industrial waste. 6th Int. Ash Utilization Symposium, Proc. Reno, 1982.

Nebgen, J.W., Edwards. CLG., Conway, D. Evaluation of sulfate-bearing waste material from fluidized bed combustion of coals for soil stabili-zation. Federal Highway Administration, Report No FHWA-RD-77-136 (1977).

Bilaga 2 Sid 7 (7)

Nieminen, P. Use of industrial by-products as binders in soil stabiliza-tion. Nordiska Geoteknikermötet, 1979.

Pachowski mfl. The application of brown coal fly ash to road base courses. Federal Highway Administration, Report No FHWA-RD-79-lOl

(1979). 7 '

Pearson-Kirk, D., Montgomery, D.G. The Utilization of products from the fluidized bed combustionof coal washery wastes. 2nd Australian Conf. Engineering Materials, Sydney, 1981.

Peterson, C.H., Gunasekaran, M., HO, S.M. Utilization of spent lime-stone :from a fluidized bed oil gasification/desulphurization process in concrete. Proc. 5th Mineral Waste Utilization Symposium, Chicago 1976.

Peterson, C.H. Potential for Utilization of solid wastes from sulfur oxide control processes. Journal for Testing and Evaluation, vol 8, No 5, 1980.

Rohrbach, R. Herstellung von Ölschieferzement und Gewinnung elekt-rischer Energie aus; Ölschiefer nach dem Rohrbach-Lurgi-Verfahren-Zement-Kalk-Gips, nr 7, 1969.

Sun, C.C., Peterson, C.H., Keairins, D.H. Experimental/Engineering.

Support for EPA's FBC Program, vol III. Solid Residue Study.

EPA-600/7-80-015c, 1980.

Taneja, C.A., Manjeet Singh. A hydraulic binder based on

phospho-gypsum. Cement (Bombay) vol 13, nr 4, 1980.

Zanbak, C., Arthur, C.R. Rock mechanics aspects of volume changes in sulfate bearing rocks due to geochemical phase transitions. Rock Mechanics in Productivity and protection, 25th Symposium on Rock Mechanics, North Western Univ. 1984.