Stabilisering med flyveaske
Transcription
Stabilisering med flyveaske
Stabilisering med flyveaske Rapportnr. 532 Titel Stabilisering med flyveaske Dato: Marts 2015 Forfattere: Torben Overgaard, Boes Consulting Finn Thøgersen, Vejdirektoratet Thomas Rohde, Vejdirektoratet ISBN (NET): 978-87-93184-55-8 Copyright: Vejdirektoratet, 2015 Indhold Sammenfatning4 Summary5 1. Baggrund 6 2. Litteraturstudie 7 2.1. Indledning 2.2. Flyveaske 2.3. Generelle erfaringer med flyveaske-stabilisering 2.4. Stabilisering af underbund 2.5. Stabilisering af bærelag 2.6. Bæreevne og frostbestandighed 2.7. Bindermængde og binderforhold 2.8. Miljømæssige problemstillinger 2.9. Guidelines for flyveaske-stabilisering 2.10. Flyveaske anvendt i vejbygning i Danmark 2.11. Konklusioner 3. Stabiliseringsforsøg 3.1. Testede bindemidler 3.1.1. Brændt kalk 3.1.2. Kalciumklorid 3.1.3. Tør flyveaske 3.1.4. Befugtet flyveaske 3.2. Jordtype 3.3. Forsøg med forbedring af jord til indbygning 3.3.1. Forsøgsresultater - jordforbedring 3.4. Stabilisering af jord til planum 3.4.1. Forsøgsresultater - stabilisering til planum 3.5. Konklusion 3.6. Diskussion og perspektivering 3.6.1. Frostsikkerhed 3.6.2. Flyveaske støvproblematik 3.6.3. Økonomi 3.6.4. Miljøpåvirkning 3.7. Forslag til videre arbejde 7 7 8 9 9 9 10 10 12 13 13 14 14 14 14 14 14 14 14 14 17 17 19 19 20 20 21 21 21 4. Litteraturliste 22 5. Reference over danske forsøg med flyveaske 24 6. Appendiks 25 Sammenfatning Denne rapport undersøger om flyveaske, sammen med en aktivator, har potentiale til anvendelse som bindemiddel til jordforbedring til f.eks. vejdæmninger, samt til stabilisering af jord til f.eks. planum i vejbyggeri. Undersøgelsen er foretaget i faser, hvor den første var et litteraturstudie. På basis af dette litteraturstudie blev der udført laboratorieforsøg på Vejdirektoratets laboratorium i Fløng. Både litteraturstudiet og forsøgene er gennemført af Boes Consulting for Vejdirektoratet. Stabilisering af underbund og bærelag med flyveaske har fundet sted siden 1950’erne, og der findes i dag en betragtelig mængde data om emnet. Litteraturen som er gennemgået i dette studie, peger på, at en kombination af flyveaske og brændt kalk (og/eller eventuelt cement) til stabilisering af underbund og bærelag kunne være en interessant løsning. Udover mulige økonomiske gevinster, vil der også opnås besparelser i CO2-udledning, samt bidrag til at strække vores knappe ressourcer af højkvalitets sand og grus. De efterfølgende forsøg blev udført med forskellige kombinationer af flyveasker og aktivatorer. Enkelte kombinationer viste ingen målbar effekt indenfor det testede tidsrum på 0 til 4 døgn, hvorimod andre viste en kraftig styrkeudvikling. Stabilisering af underbunden kan således give mulighed for at opnå styrker, hvor underbunden kan betragtes som frostsikker. Dette muliggør en reduceret tykkelse af bærelaget, hvilket kan medføre en betydelig besparelse i råstoffer. 4 Summary This report examines if fly ash, together with an activator, has the potential to be used as a binder for soil improvement, which is used in, for example, embankments, and if fly ash can be used to stabilise subgrade material in road construction. The study was conducted in two phases, the first being a literature study. On the basis of this literature study laboratory experiments were performed on the Road Directorate's laboratory in Fløng. Both literature study and the experiments were conducted by Boes Consulting for the Danish Road Directorate. Stabilisation of the subgrade and base course with fly ash has taken place since the 1950s, and there is today a significant amount of data on the subject. The literature which was reviewed in this study suggest that a combination of fly ash and lime (and / or possibly cement) to stabilize the subgrade and base course could be an interesting solution. In addition to the potential economic gains, the effect will also be savings in CO2 emissions, as well as contribution to prolong our scarce resources of high quality sand and gravel. Subsequent tests were performed with different combinations of fly ash and activators. Some combinations showed no measurable effect in the tested period of 0-4 days, while others revealed a strong strength development. Therefore, stabilisation of the subgrade may result in high strength levels so that the subgrade can be considered as frost resistant. This enables a reduction of the base course thickness, which again can lead to significant savings in raw materials. 5 Baggrund 1. Baggrund Flyveaske er et materiale med puzzolane egenskaber, det vil sige at materialet kan danne cementmineraler ved aktivering med brændt kalk eller et andet materiale, som giver en høj pH. Dansk flyveaske indeholder kun lidt brændt kalk (eller hydratkalk) og har derfor brug for en aktivator til at igangsætte puzzolan-dannelsen. Brændt kalk er den mest almindeligt anvendte aktivator, mens f.eks. kalciumklorid (CaCl2) også har været anvendt som aktivator af flyveaske i f.eks. USA (Saylak et al. 2008; Shon et al. 2010). Da prisen på tør flyveaske er mellem 20 og 30 % af prisen på brændt kalk, er det interessant at se på om en blanding af disse to (eller andre bindere) kan anvendes til stabilisering af bl.a. vejkassens underbund. Idéen er at skabe et ”billigt” stabiliseret materiale, der kan betragtes som frostsikkert, hvorved man derfor får mulighed for at reducere de sand- og grus-baserede bærelags tykkelse i vejkassen. Afhængig af den opnåede styrke på den stabiliserede underbund vil der endvidere være mulighed for reduktion i asfalttykkelsen. Rapporten er inddelt således, at første halvdel består af det indledende litteraturstudie, efterfulgt af anden halvdel omhandlende stabiliseringsforsøgene. 6 Litteraturstudie 2. Litteraturstudie 2.1. Indledning Flyveaske består af finkornede sfæriske partikler, hvoraf hovedparten består af en glasfase (>60 %) og den resterende del mineralerne kvarts (SiO2), mullit (aluminiumoxid-silikat), hæmatit (jernoxid) og maghemit (jernoxid). Flyveaske er meget finkornet med en deklareret værdi (for anvendelse til beton) på minimum 60 % mindre end 45 µm. Specifikationerne for flyveaske til beton og til asfaltfiller fra Emineral fremgår af vedlagte appendikser. Til dette litteraturstudie er der fundet omkring 100 artikler frem, som indeholder informationer om flyveaskestabilisering. Alle abstracts fra disse er læst og en stor del af artiklerne er blevet studeret nærmere. Resultatet af denne gennemgang fremgår af nedenstående notater, som ikke skal fremstå som et fuldstændigt værk om flyveaske-stabilisering. Anvendelsen af flyveaske-stabiliseret underbund og bærelag kan dateres tilbage til 1950’erne, hvor et produkt Poz-o-Pac (bestående af en blanding af brændt kalk, flyveaske og tilslag) blev patenteret. I Danmark sker der i dag en del samfyring med kul og f.eks. halm, træflis eller affald på nogle kraftværker. Undersøgelser på Teknologisk Institut (Pade, 2009) viser, at der ikke er store forskelle på ren kulfyret flyveaske og flyveaske fra samfyring, hverken mineralogisk eller kemisk. I Skandinavien har flyveaske overvejende været anvendt til indbygning under veje og i dæmninger som erstatning for sand. I Sverige og Finland er flyveaske dog også blevet anvendt sammen med især brændt kalk og cement til pælestabilisering samt til stabilisering af havneslam. Forskellige forsøg med flyveaske udførtes i Danmark i slutningen af 70’erne og starten af 80’erne. I vinterhalvåret kan afsætningen af flyveaske ikke følge med produktionen, hvorfor kraftværkerne må oplagre større mængder flyveaske, enten på selve værket eller hos Emineral. Denne oplagring sker i det fri og flyveasken må derfor befugtes, for at der ikke skal opstå støvproblemer. Befugtningen sker ved oversprøjtning, således at flyveasken kommer til at indeholde 15-20 % vand. Herved sker der en hærdning af flyveasken (puzzolanreaktioner), hvorfor materialet ikke støver. Det betyder også, at befugtet flyveaske skal knuses/formales før det kan anvendes til stabiliseringsformål. Ud fra de informationer det har været muligt at finde, skulle flyveasken dog stadig kunne anvendes til stabilisering, selvom noget af materialet har reageret. På Sjælland skulle der ligge 200-300.000 tons befugtet flyveaske på Asnæsværket, mens der skulle ligge omkring 60-80.000 tons befugtet flyveaske på kraftværker i Jylland. 2.2. Flyveaske Flyveaske er et biprodukt (affaldsprodukt) fra kulfyrede kraftværker og kraftvarmeværker. De ikke- brændbare stoffer i kul fordamper ved høje temperaturer, hvorefter de reagerer og danner komplekse uorganiske forbindelser. Disse partikler kan opsamles på et utal af måder, f.eks. med mekaniske indsamlere, elektrostatisk udfældning, filterposer og vådskrubbere. I Danmark står selskabet Emineral for alt salg og kvalitetsstyring af flyveasken fra de danske værker. En stor del af den tørre flyveaske anvendes til fremstilling af beton, cement eller asfalt. Flyveaske gør beton mere kompakt og dermed mere holdbar. I cement erstatter flyveasken noget af den ler som ellers skulle være gravet op og brændt og i asfalt virker flyveasken som en filler der erstatter andre fillermaterialer (typisk fint formalet kalksten). Emineral markedsfører 3 typer flyveaske til beton samt én type flyveaske til asfalt. Forskellen mellem disse flyveasker er overvejende deres restindhold af kul (LOI) samt indholdet af klorid (Cl-). Derudover findes der store lagre af befugtet flyveaske både ved de enkelte kraftværker og hos Emineral. Flyveaske klassificeres i USA typisk i to klasser: F og C. Klasse F flyveaske er ikke-selv-cementerende og indeholder mindre end 20 % CaO. Klasse F flyveaske har puzzolane egenskaber, det vil sige at der ved tilsætning af calciumhydroxid (Ca(OH)2) dannes cementmineraler i flyveasken. Klasse C flyveaske indeholder mere end 20 % CaO og er selvcementerende ved tilførsel af vand. De danske flyveasketyper indeholder mindre end 10 % CaO (typisk omkring 5 %) og kan derfor klassificeres som klasse F flyveasker (se Tabel 1). 7 Litteraturstudie Tabel 1. Typisk sammensætning af klasse C og klasse F flyveasker (efter ASTM 618) fra USA (data fra Bin-Shafique et al. 2004) sammenholdt med deklarerede værdier fra flyveaske (B4/B5/B/6) fra danske kulfyrede kraftværker (data fra Emineral) og den gennemsnitlige sammensætning af flyveaske fra SVV (Studstrupværket, Dong Energy A/S) leveret til Aalborg Portland i perioden januar 2007 til juli 2011 (data fra Benny Øgaard). Parameter Klasse C flyveaske USA Klasse F flyveaske USA B4/B5/B6 flyveaske SVV B4/B5/B6 flyveaske CaO (%) 24,3 8,7 ≤10 5,0 SiO2 (%) 39,9 54,9 ≥25 53,5 Al2O3 (%) 16,7 25,8 - Fe2O3 (%) 5,8 6,9 - ≥70 MgO (%) 4,6 1,8 ≤4,0 23,7 5,3 2,0 SO3 (%) 3,3 0,6 - 0,6 CaO/SiO2 forhold 0,61 0,16 - 0,09 6 6 ≤7 - 0,39 0,1 - 0,06 LOI (%) Hydreringsmodul Prismæssigt kan flyveaske i Danmark opdeles i tre grupper. Flyveaske (tørt) til beton leveres i 2014 overalt i Danmark til priser fra 260-290 kr./ton. Flyveaske til asfalt leveres til 175 kr./ton, mens befugtet flyveaske typisk kan leveres gratis og i nogle tilfælde endog med et tilskud afhængig af kørselsafstand. Befugtet flyveaske skal knuses/formales før den kan anvendes til stabiliseringsformål og det må derfor undersøges, hvorvidt kraftværkerne, Emineral eller andre er villige til dette og til hvilken pris. Ved tilførsel af brændt kalk som tørt pulver (CaO) eller som hydratkalk (Ca(OH)2) og vand til flyveaske kan følgende puzzolan reaktioner opstå: Ca++ + SiO2 + H2O CSH (Calcium silikat hydrat) Ca++ + Al2O3 + H2O CAH (Calcium aluminium-hydrat) Disse reaktionsprodukter (cementmineraler) vil dannes så længe der er frie Ca-ioner samt silica og aluminiumoxider, der kan reagere. Prisen for flyveaske er altså betydeligt lavere end andre bindere til stabilisering af jord. Til sammenligning kan man typisk købe brændt kalk for 900-1000 kr./ton leveret, mens cement fås for omkring 700 kr./ton leveret. En del af prisforskellen opvejes dog af, at man skal anvende større mængder flyveaske for at opnå en tilsvarende virkning som ved anvendelse af brændt kalk og cement. Den stabiliserende effekt af flyveaske er en funktion af hydreringsmodulet, defineret som forholdet mellem indholdet af CaO og summen af SiO2, Al2O3, and Fe2O3. Kamon & Nontananadh (1991) har foreslået, at hydreringsmodulet skal være højere end 1,7 for at reaktionerne skal finde sted: %CaO 2.3. Generelle erfaringer med flyveaskestabilisering ≥ 1,7 %SiO2 + %Al2O3+ %Fe2O3 Flyveaske kan anvendes i vejbyggeri enten alene eller i kombination med andre materialer/bindere til følgende formål (Ferguson 1993): Denne ligning kan anvendes til at beregne forholdet mellem flyveaske og brændt kalk i et givet miksdesign. Nicholson & Ding (1997) har observeret at anvendelsen af ovenstående ligning medfører tilsætning af langt mere brændt kalk, end hvad der typisk er nødvendigt for at opnå den ønskede stabilisering af materialet. I litteraturen kan det også ses, at Klasse C flyveaske ofte anvendes til stabilisering uden tilsætning af brændt kalk eller cement. Jævnfør Tabel 1 har klasse C flyveaske ”kun” et hydreringsmodul på ca. 0,4, hvilket er betydeligt lavere end det af Kamon & Nontanandh (1991) foreslåede. 1. Til tørring af våd jord for at lette kompaktering 2. Til behandling af jord for at reducere jordens vandfølsomhed (svind/kvælning) 3. Til stabilisering af jord (forøgelse af bæreevne m.m.) Flyveaske anvendes i dag i en række lande som USA, Japan, Skandinavien (Sverige og Finland), Indien med flere til stabilisering (Ismael 2006). Der findes en lang række studier af disse anvendelser, hvoraf hovedparten synes at være udført i USA. 8 Litteraturstudie I de forskellige amerikanske studier klassificeres jordtyper ofte efter Unified Soils Classification System (USCS) med 2-bogstavbetegnelser som CL, SP med flere, eller efter American Association of Highway and Transportation Officials (AASHTO) med kombinationer af et bogstav (A) og et eller flere tal som A-7-6 med flere. En nærmere beskrivelse af disse klassificeringssystemer kan ses i Bilag 1 og Bilag 2. 2.5. Stabilisering af bærelag 2.4. Stabilisering af underbund Barstis & Metcalf (2005) beskriver en undersøgelse af langtidseffekten af brændt kalk-flyveaske (LFA) stabiliseret jord anvendt som bærelag i vejbyggeri. Mississippi Department of Transportation (MDOT) startede på at anvende brændt kalk og flyveaske til stabilisering af sandede materialer til bærelag i 1981. Der var to årsager til dette, den ene var problemer med kontraktionsrevner i cementstabiliserede bærelag og den anden var potentielle besparelser i konstruktionsomkostninger ved anvendelse af brændt kalk og flyveaske i stedet for cement. Hovedparten af de stabiliserede bærelag bestod af silt- eller lerholdig grus eller sand (A-2-4 ). Der blev overvejende anvendt brændt kalk: flyveaske forhold på 1:4 eller 1:3 med et totalt binder-indhold på 15-20 % (tørvægt-procent). Seks nye og seks gamle vejanlæg er blevet undersøgt ved hjælp af faldlodsmålinger og der er udtaget kerner til enaksial trykstyrke måling (UCS). I de gamle vejanlæg (8½ til 11 år) opfyldte eller oversteg 56 % af kernerne designværdien på 500 psi (≈ 3,45 MPa) og 31 % oversteg 795 psi (≈ 5,48 MPa). Den estimerede trafikbelastning på disse vejanlæg gik fra 0,7-1,8 *106 ESAL. På de nyere vejanlæg (1½-2½ år gamle) opfyldte eller oversteg kun 41 % designværdien, mens 21 % oversteg 795 psi. Ingen af de nyere vejstrækninger udviste revnedannelser, mens der er observeret mindre alvorlige revnedannelser i de ældre vejstrækninger. På basis af undersøgelserne blev det anbefalet at vægtfylden af det komprimerede stabiliserede materiale skal hæves til 100 % af proctor vægtfylden og at in situ proctor UCS skal sættes til 400 psi (≈2,75 MPa). Det blev også anbefalet at tykkelsen af det LFA stabiliserede lag blev forøget fra 6 til 8 tommer (fra ca. 15 til 20 cm) samt at underbunden blev stabiliseret i en dybde af 15 cm for at give ekstra støtte til vejbelægningen. Edil et al. (2002) udførte et feltstudie af stabilisering af bærelag med klasse C flyveaske. Et omfattende laboratorieprogram blev også udført for at vurdere de mekaniske egenskaber af flyveaske, alene og mikset med en række forskellige finkornede jordtyper. Tilsætning af 10 % flyveaske bevirkede en stigning i CBR- værdi med en faktor 4 i gennemsnit, mens tilsætning af 18 % flyveaske gav en stigning i CBR med en faktor 8. Edil et al. (2002) udførte et feltforsøg med vurdering af flere alternative løsninger for at stabilisere et blødt råjordsplanum under en motorvej. Der blev blandt andet anvendt klasse C flyveaske til stabilisering af én af forsøgsstrækningerne. En tilsætning af 10 % flyveaske (baseret på tør vægt) var nok til at give den ønskede trykstyrke af underbunden. CBR for udgangsmaterialet var 3 %, mens CBR for det stabiliserede materiale var ca. 10 gange højere (32 %). Parson & Milburn (2003) har udført en række forsøg til vurdering af effekten af stabilisering med brændt kalk, cement og flyveaske på syv forskellige jordtyper (USCS: CH, CL, ML, og SM). Brændt kalk og cement gav bedre resultater end flyveaske. De blev ikke udført forsøg med blandinger af binderne. Beeghly (2003) har undersøgt effekten af stabilisering af siltet og leret underbund med brændt kalk og flyveaske (klasse F). Han fandt, at brændt kalk alene virker fint på lerede jordtyper, men at en kombination af brændt kalk og flyveaske er fordelagtig til mere siltholdige jordtyper. Han konkluderede, at det var muligt at opnå betydelige besparelser ved anvendelse af brændt kalk/flyveaske stabilisering kontra stabilisering med cement. Edil et al. (2010) beskriver moniteringen og evalueringen af et fuldskalaforsøg med anvendelse af klasse C flyveaske til stabilisering af underbund under en vejopbygning med en stiv belægning i Wisconsin, USA. Yderligere data fra konstruktionsfasen af et lignende projekt samt fra 8 års monitering af et andet projekt indgår i rapporten. De stabiliserede jordtyper var mager ler (CL), leret sand (SC), sand med silt (SP-SM) samt et enkelt sted med høj-plastisk organisk ler (CH). Alle jordtyperne var relativt tørre, dvs. på den tørre side af proctor kurven. Der er udført laboratorieforsøg på CL/CH samt SC jord med forskellig flyveasketilsætning (12, 15 og 18 % tørvægt) og forskellige vandindhold. Flyveaske-tilsætningen varierede efter jordtype samt vandindhold. Der blev anvendt mellem 10 og 12 % flyveaske i jordtyper med vandindhold på 7-14 %. Forøgelsen i stivhed og styrke var typisk på 2-3 gange udgangspunktet. Faldlodsmålinger indikerer, at der ikke sker nogen signifikant reduktion i bæreevnen over tid (8 års data). Edil & Benson (2007) beskriver to feltprojekter, hvor flyveaske (10 vægt %) og vand blev anvendt til at stabilisere genanvendt asfalt og vejbelægningsgrus, som underlag for en ny vej. Tilsætningen af flyveaske forøger stivheden og styrken af bærelagsmaterialet betydeligt. 2.6. Bæreevne og frostbestandighed White et al. (2005) har undersøgt effekten af flyveaskestabilisering af 5 jordtyper fra fed ler til siltet ler (USCS: CH - ML). Iblanding af 10-20 % (tørvægt) selv-cementerende flyveaske (klasse C) er effektivt til stabilisering af finkornede jordtyper fra Iowa (USA). Styrken af det stabiliserede materiale er afhængig af hærdningstiden 9 Litteraturstudie og temperaturen, den tilførte kompaktionsenergi samt hvor hurtigt kompaktering udføres efter miksning. Et stort svovl-indhold i materialet kan medføre dannelse af ekspansive mineraler (ettringit), som kan reducere langtidsstyrken og holdbarheden. Ved tilsætning af 20 % flyveaske kan der opnås styrker tæt på, hvad der ses i kompakteret grus. tertiært ler. Den af Ismael anvendte flyveaske havde et forholdsvist lavt CaO-indhold (2,2 %). Den optimale mængde binder og det optimale forhold mellem f.eks. brændt kalk og flyveaske vil variere afhængig af jordtype, vandindhold og det aktuelle indhold af CaO i den anvendte flyveaske. Derudover vil binder-indholdet og dets sammensætning også være afhængig af til hvilket formål det stabiliserede materiale skal anvendes, og dermed de krav der stilles til denne anvendelse. Parker (2008) udførte et laboratoriestudie med stabilisering af to materialer (siltet sand og mager ler) med 4 typer bindere: klasse C flyveaske, brændt kalk-flyveaske, brændt kalk og Portland cement. Forsøgene indikerede, at stabiliseret materiale med en 7-dages enaksial styrke under 200 psi (≈1,4 MPa) ofte ikke overlevede fryse-tø forsøgene. Sandprøver stabiliseret med brændt kalk-flyveaske havde generelt højere enaksial trykstyrke efter fryse/tø og vakuum mætnings test end prøverne stabiliseret med klasse C flyveaske, cement eller brændt kalk. Lerprøver stabiliseret med klasse C flyveaske eller brændt kalk- flyveaske havde generelt højere enaksial trykstyrke efter fryse/tø og vakuum mætnings test end prøverne stabiliseret med cement eller brændt kalk. 2.8. Miljømæssige problemstillinger Sammensætningen af flyveaske afhænger af kultypen samt af hvilken forbrændingsproces der anvendes. De fleste typer af flyveaske indeholder mindre mængder tungmetaller. Materialer indeholdende flyveaske har derfor et potentiale for udvaskning af tungmetaller, som kan forurene grundvandet. I USA er der en række regulativer i de enkelte føderale stater, der regulerer anvendelsen af flyveaske i vejkonstruktioner. I Danmark er der ingen lovgivning specifik for anvendelse af flyveaske, og der skal gives speciel tilladelse til at anvende flyveaske til vejformål i hvert enkelt tilfælde. Edil et al. (2010) har udført fryse/tø forsøg på siltet, lerholdigt sand og grus (SP-SM, A-2-6) stabiliseret med 12 % flyveaske. Resultaterne viste at MR (resilient modulus) steg fra 37 MPa til 57 MPa med stigende antal fryse/tø cyklusser (fra 0-5). Styrkeforøgelsen formodes at skyldes en fortsat hydrering af flyveaske udover de 7 dages initiale hærdning. Den enaksiale trykstyrke steg efter første cyklus for derefter at falde. Den totale reduktion efter 5 cyklusser var ca. 25 %. Forsøg med våd/tør cyklusser gav ingen entydige resultater. Flyveaske anvendes allerede i stor stil i asfalt og beton i Danmark, og her er der ingen specifikke problemstillinger med hensyn til flyveaskens tungmetaller. Cements indhold af tungmetaller ligger i forvejen på niveau med flyveaskens. Pade (2009) fandt ved en undersøgelse af udvaskningen af tungmetaller fra beton indeholdende flyveaske og/eller samfyringsflyveaske, at ingen af disse gav anledning til problemer for genanvendelse af betonen, til f.eks. bærelag i vejbyggeri. Langtidseffekter af frostpåvirkning er også undersøgt på State Highway 60 (Edil et al. 2010), hvor der var etableret en række testplatforme, bl.a. én stabiliseret med klasse C flyveaske. Faldlodsmålinger udført fra 2000 til 2007 viser, at den beregnede bæreevne (E-modul) var højere på de flyveaskestabiliserede platforme end på alle de andre platformstyper. E-modulet blev bevaret gennem de 7 år med normale frost/tø cyklusser om vinteren. Herunder er kort refereret resultaterne af en række undersøgelser af udvaskningen af flyveaske-stabiliseret materiale i laboratorieforsøg såvel som fuldskala in situ målinger. Bowders et al. (1990) har udført forsøg på flyveaske stabiliseret med 3-15 % brændt kalk eller cement som viser, at permeabiliteten kan reduceres til omkring 10 -6 cm/s (15 % binder baseret på tør vægt). Tilsættes der bentonit kan permeabiliteten reduceres yderligere. Udludningsforsøg indikerer at den største koncentration af toksiske elementer er løst bundet til overfladen af flyveasken, og skylles af med den første udludningsvæske. Stabilisering med brændt kalk eller cement synes at binde nogle af de toksiske elementer. 2.7. Bindermængde og binderforhold Huayang (1989) har udført litteratur studier og laboratorieforsøg med anvendelse af brændt kalk + flyveaske til stabilisering af bærelag. Den optimale tilsætning af brændt kalk + flyveaske varierer mellem 12 og 30 % afhængig af det materiale, som skal stabiliseres. Forholdet mellem brændt kalk og flyveaske er typisk 1:3 eller 1:4. Misra (2000) har udført udvaskningsforsøg på jord stabiliseret med 2 typer klasse C flyveaske. Ingen elementer blev udvasket i mængder, som overskred de amerikanske guidelines for farligt affald (RCRA standards). Den i artiklen anvendte test for udludning (TCLP) anses for at give en meget høj udvaskning i forhold til naturlige forhold og betragtes som et ”worst case scenario”. Little & Nair (2000) refererer at mængden af flyveaske, brændt kalk og/eller cement ved stabilisering typisk ligger i intervallerne 10-15 % flyveaske, 2-8 % brændt kalk og 0,5-1 % cement. Ismael (2006) fandt, at et forhold på omkring 1:6 for brændt kalk og flyveaske var optimalt for stabilisering af 10 Litteraturstudie ikke-stabiliseret materiale. Vejopbygningen samt placeringen af lysometrene er vist i Figur 1. Bemærk at der indgår et lag med genbrugsasfalt i opbygningen. Det er ikke nærmere beskrevet hvilke typer stabiliseret materiale der indgår i lysimeter forsøget, men ud fra beskrivelsen af kontrolstrækningen kunne det være lerholdige jordtyper (CL/CH, A-7-6) med stabiliseret materiale og en lerholdig sand (SC, A-6) som kontrolsektion. Udludningen af arsen, bly, tallium, selen og nikkel overskred i ét eller flere tilfælde gældende regler for vandkvalitet i Wisconsin. Dette var dog også tilfældet i kontrol lysometeret for arsen, bly og tallium. Udvaskningen af cadmium, krom, kobolt og antimon oversteg de forebyggende værdier for drikkevandskvalitet i Wisconsin. Koncentrationen af disse grundstoffer forventes dog at falde til et acceptabelt niveau inden perkolatet når ned til grundvandet (BinShafique et al. 2002). Heebink & Hassett (2001) har undersøgt udvaskningen fra flyveaske-stabiliseret jord på 12 projekter i Minnesota. Projekterne repræsenterer forskellige anvendelser af flyveaske-stabiliseret materiale fra stabilisering af underbund i vejanlæg med forskellige opbygninger til stabilisering af jord under byggegrunde og parkeringspladser. Materialerne blev stabiliseret med 12-14 vægt % flyveaske. Kerner af stabiliseret materiale blev opsamlet fra lokaliteterne og testet for udvaskning i et laboratorium. Der blev udført korttidsforsøg med udvaskning i 18 timer samt langtidsforsøg med udvaskning i 30-60 dage. Udvaskningen af følgende elementer blev undersøgt: antimon, arsen, barium, beryllium, bor, cadmium, krom, kobolt, jern, bly, mangan, kviksølv, molybdæn, nikkel, selen, sølv, sulfat, tallium, vanadium og zink. Udvaskningen af de forskellige elementer varierede fra lokalitet til lokalitet på grund af forskelle i flyveaske og jordtyper. Resultaterne viser, at der generelt ingen problemer er med udvaskning af ovennævnte elementer, som i alle tilfælde, undtaget én enkeltmåling holdt sig under myndighedernes krav til drikkevand. Bloom & Gollany (2001) har udført feltforsøg, hvor de har undersøgt afstrømningsvandet fra flyveaske- stabiliseret jord. Resultatet viste, at der ikke var for høje indhold af problematiske elementer i afstrømningsvandet. Edil & Benson (2007) beskriver to feltprojekter, hvor flyveaske (10 vægt %) og vand blev anvendt til at stabilisere genanvendt asfalt og vejbelægningsgrus, som underlag for en ny vej. Kemiske analyser af udvaskningsvand under de flyveaske-stabiliserede lag fra lysimetre viser, at koncentrationen af sporelementer (med undtagelse af mangan) alle var under de maksimalt tilladte værdier. Lysimetre bruges primært som måleudstyr til at vurdere størrelsen på fordampning fra planter og jord, ved at analysere optaget i vand i jorden i forhold til nedbørsmængden. En anden metode til at vurdere vandkvaliteter er kolonne udvaskningsforsøg, som i laboratoriet på flyveaske-stabiliseret materiale fra de to projekter viste to forskellige tendenser for udvaskning. For én gruppe af elementer ses først en stigning i udvaskningen af elementerne, hvorefter den igen falder. For en anden gruppe af elementer ses først en stigning af udvaskningen hvorefter udvaskningen forbliver på et relativt konstant niveau. Data indikerer, at udvaskningen i kolonneforsøg typisk er højere end i feltforsøg. Den dårlige overensstemmelse mellem lysimeter og kolonneforsøg indikerer, at kolonneforsøg er meget konservative og dermed ikke giver et passende billede af udvaskningen. Selvom udvaskningen i kolonneforsøgene var højere end i lysimetrene, var de fleste af de målte elementkoncentrationer stadig under de maksimalt tilladte værdier. Figur 1. Vejopbygning samt placering af lysimeter til opsamling af perkolat. (fra Edil et. al, 2010) Cetin et al. (2011) har udført et laboratoriestudie af udvaskning af kobber og zink fra grusholdigt sand (USCS = SP; AASHTO = A-1-b) stabiliseret med brændt kalk (2,5-5 %) og flyveaske (10-20 %). De anvendte flyveasker havde et lavt indhold af CaO (<8 %) og et højt LOI (>6 %) og kunne hverken klassificeres som klasse C eller klasse F flyveasker efter ASTM C 618. Den anvendte brændte kalk var ovnstøv fra en kalkovn med et CaO-indhold på ca. 60 %. Kobber- og zink-indholdet i udludningsvandet ved batch-forsøg var i alle tilfælde mindre end EPA drikkevandsstandardens krav. Mængden af flyveaske versus brændt kalk i det stabiliserede grus havde en kompliceret effekt på udvaskningen af kobber og zink. Jordens permeabilitet og kation udvekslingskapacitet (CEC) er også vigtig med hensyn til udvaskningen af elementer fra flyveaske-stabiliseret jord. Permeabiliteten af det stabiliserede materiale er vigtig med hensyn til mængden af overflader samt mængden af væske som kan udvaske elementer. CEC er et udtryk for jordens evne til at udveksle store kationer med lille ladning med små kationer med stor ladning. Det er jordens indhold af lermineraler som er bestemmende for dens CEC, et højt indhold af lermineraler giver et højt CEC. Kationer med stor ladning vil derfor kunne bindes på overfladen af Edil et al. (2010) har moniteret udvaskningen af forskellige elementer fra flyveaskestabiliserede materialer under en stiv vejbelægning. Moniteringen er udført ved hjælp af lysimetre. Der er målt på to lysimetre under materialer stabiliseret med flyveaske samt et kontrol-lysimeter under 11 Litteraturstudie lermineraler. I egentlige lerjorde med en høj CEC vil selv store kationer med lille ladning kunne blive bundet på lermineralernes overflader (Misra, 2000). og 110 % af det optimale vandindhold afhængig af jordtype med mere. Ved on site blanding kan vandet tilsættes før miksningen med flyveaske. Dette har dog den ulempe, at jorden kan blive for blød til at blandemaskinerne kan udføre deres arbejde ordentligt. Alternativt kan vandet tilsættes efter iblandingen af flyveaske i jorden, men det kræver flere passager af blandeudstyret og kan føre til tab af styrke pga. hydrering af flyveasken før kompaktering. Den mest effektive metode synes at være at indsprøjte vandet direkte i blandekammmeret på blandemaskinen. Denne procedure giver den mest homogene blanding og mindst forsinkelse i konstruktionsprocessen. Denne procedure er dog måske ikke så relevant i Danmark, hvor materialerne typisk indeholder mere end rigeligt vand. Sekundære mineraliseringer i flyveaske-stabiliseret materiale spiller en vigtig rolle med hensyn til mobiliteten af elementer fra flyveasken og det stabiliserede materiale (Heebink & Hassett, 2001). Mineraliseringerne finder sted over længere tidsrum, fra dage til måneder. Ettringit, som har sammensætningen Ca6Al2(SO4)3(OH)12•26H2O, er et eksempel på et sekundært mineral, som kan dannes ved hydreringen af flyveaske ved høje pH-værdier. Ettringit er også et familienavn for en serie af beslægtede mineraler. Dannelsen af ettringit og andre sekundære mineraler forbedrer jordens håndteringsegenskaber (vha. udtørring) og kan forbedre jordens styrke samt mindske permeabiliteten. Ettringit har også den egenskab at en række elementer, der kan findes som oxyanioner i vandig opløsning, kan substituere for sulfat i ettringit-strukturen. Disse elementer inkluderer blandt andet arsen, bor, krom, molybdæn, selen og vanadium. Det vand som anvendes til processen bør være af drikkevandskvalitet eller lignende, og ikke indeholde urenheder som organisk materiale, olie, syre eller andre stoffer som kan have en negativ effekt på stabiliseringen. Til sandede materialer anbefales, at der anvendes glatvalset vibrationstromle efterfulgt af gummihjulstromle. Til finkornede materialer anbefales det, at der anvendes råjordskompaktor til den initiale kompaktering og gummihjulstromle til den afsluttende kompaktering. Størrelsen af tidsrummet fra miksning til kompaktering er vigtig at have styr på, idet flyveaske vil starte hydreringen straks efter miksningen med vand og jord. For stabilisering med klasse F flyveaske er der specificeret et maksimalt tidsrum på op til 4 timer fra miksning til kompaktering. For selvcementerende flyveaske bør kompaktering startes umiddelbart efter miksning og være tilendebragt senest 2 timer efter miksningen for at det stabiliserede materiale skal opnå højest mulig styrke og vægtfylde. I følge Hassett (1999) er kortvarige udvaskningsforsøg på flyveaske-stabiliseret materiale ikke repræsentative til at forudsige eluat-koncentrationer og dermed mobiliteten af sporelementer. Dette skyldes dannelsen af ettringit over længere tidshorisonter og sporelementernes affinitet for denne mineralgruppe. 2.9. Guidelines for flyveaske-stabilisering Der findes en lang række guidelines for stabilisering af med brændt kalk, cement og hydrauliske bindere. De fleste af disse indeholder ikke meget om anvendelsen af flyveaske. Men for eksempel US Army (2004), RMRC (2008), Little & Nair (2009) og Veisi et al. (2010) har omfattende guidelines for stabilisering med flyveaske. Heri kan man finde beskrivelser af fremgangsmåden med hensyn til valg af bindere eller binderkombinationer, laboratorieforsøg til beregning af miksdesign, holdbarhed med mere. Tilgængeligheden af fugt, temperaturen samt tidsintervallet for hærdningen har alle betydning for styrkeudviklingen af det flyveaske-stabiliserede materiale. Flyveaskestabiliseret materiale afhærdes typisk med sprinkling af vand eller under en coating med emulsion eller lignende. Hvis materialet coates skal dette typisk ske ikke senere end én dag efter færdiggørelse af vejafsnittet. Færdigstabiliserede sektioner kan også sprinkles med vand et kort tidsrum og derefter forsegles med et tyndt lag coating. Der er forskellige anbefalinger med hensyn til hærdningstiden før en stabiliseret vejsektion udsættes for tungere trafik. Nogle anbefaler hærdning i 3-7 dage, andre mener at hærdning 1-2 dage er nok før asfaltering, såfremt materialet kan bære maskinerne. White et al. (2005) har udført et litteraturstudie af de forskellige anlægsmetoder der benyttes ved stabilisering med selvcementerende flyveaske. Procedurer for iblanding, kontrol af vandindhold, kompaktering og afhærdning blev undersøgt. Disse vil kort blive gennemgået herunder. Ved iblanding af selvcementerende flyveaske (klasse C flyveaske) i jord anbefales det udelukkende at anvende on-site miksning, da afhærdningen i nogle tilfælde kan ske meget hurtigt. Anvendes derimod klasse F flyveaske sammen med f.eks. brændt kalk kan man også anvende of-site miksning med kontinuert blandeanlæg eller batch type blandeanlæg. Flyveaske-stabilisering bør ikke ske ved temperaturer under 4 °C. Som det er tilfældet med de fleste kemiske reaktioner, sker styrkeudviklingen i flyveaske-stabiliseret materiale meget langsomt ved lave temperaturer. Det frarådes, at anvende frossen jord til flyveaske-stabilisering og det anbefales, at flyveaske-stabiliseret jord får lov til at hærde ved temperaturer over 4 °C i mindst 7 dage før den udsættes for frost. Ved temperaturer under 10 °C Ved miksning i blandeanlæg bør man generelt tilsætte vand, så man opnår et vandindhold der ligger mellem 80 12 Litteraturstudie Litteraturen, som er gennemgået i dette studie, peger på, at en kombination af flyveaske og brændt kalk (og/ eller eventuelt cement) til stabilisering af underbund og bærelag vil kunne være en interessant løsning der udover mulige økonomiske gevinster også vil kunne give besparelser i CO2-udledning samt medvirke til at strække vores knappe ressourcer af højkvalitets sand og grus. skal finkornede materialer, som stabiliseres typisk mikses flere gange før der opnås en tilstrækkelig pulveriseringsgrad af materialet. 2.10. Flyveaske anvendt i vejbygning i Danmark I Danmark blev der, i perioden 1978 – 1984 (se vedlagte referenceliste) udført et betydeligt antal strækninger med bærelag af sand bundet med flyveaske og cement. Formålet her var at prøve at spare på grusressourcerne og samtidigt komme af med et restprodukt. For nogle af disse strækninger foreligger detaljeret dokumentation omkring forsøgsdata og resultater. I 1983 blev en Almindelig Arbejdsbeskrivelse og en Særlig Arbejdsbeskrivelse publiceret (Statens Vejlaboratorium Leveringsbetingelser og Prøvningsmetoder nr. 14 og 15). På trods udsendelsen af disse arbejdsbeskrivelser, og selvom forsøgene i de udførte strækninger i ovennævnt periode gav nogle lovende resultater, har interessen for at indbygge flyveaske i bærelag været meget begrænset siden. De miljømæssige problemer med anvendelse af flyveaske til stabilisering synes at være begrænset, men må i alle tilfælde undersøges nærmere for danske forhold. Muligheden for udvaskning af tungmetaller kan virke begrænsende på anvendelsen og i nogle tilfælde helt forhindre denne. Der bør opstilles et forsøgsprogram til klarlæggelse af denne problematik. Støvproblematikken ved udlægning af flyveaske kan løses ved anvendelse af befugtet flyveaske (før den hærder op), eller ved at udlægge tør flyveaske gennem et ”gardin” af forstøvet vand. Den sidste løsning anvendes allerede i dag for udlægning af brændt kalk i nogle typer af spredere/udlæggere. Der blev i 1985 udført forsøg på at anvende flyveaske som hovedbestanddelen af bærelag i vejbefæstelse, henholdsvis stabiliseret med cement og/eller kalk og ustabiliseret. Konklusionen fra disse forsøg gav overordnet ikke anledning til at anbefale denne type bærelag i offentlige veje, primært på grund af for lav træk- og trykstyrke og frostfølsomhed (primært gældende for den ustabiliserede flyveaske). 2.11. Konklusioner Flyveaske vil kunne anvendes i alle vejopbygningens elementer fra vejdæmninger over stabiliseret underbund til stabiliserede bærelag. Den enkleste anvendelse vil være til modificering af dæmningsjord (støjvolde med mere) idet kravene til denne jord ”kun” er, at den skal være indbygningsegnet. Man kan sige at kompleksiteten af anvendelsen af flyveaske til stabilisering stiger med hvor højt man bevæger sig op i vejkassen. Det burde være forholdsvist simpelt at anvende den til stabilisering af underbund, mens man ved stabilisering af sand/grus bærelag også skal tage højde for frostsikkerhed og en eventuel risiko for revnedannelser. Den ultimative anvendelse vil være helt at udskifte sand/grus med et stabiliseret lag af den på stedet forefindende jord. Det vil dog kræve en hel del undersøgelser samt ændringer i dagens vejdesign før man eventuelt kan nå dertil. Stabilisering af underbund og bærelag med flyveaske har fundet sted siden 1950’erne, og der findes i dag en betragtelig mængde data om emnet. Disse data inkluderer både laboratorieforsøg samt moniteringer af større og mindre vejstrækninger, som er blevet stabiliseret med flyveaske og/eller kombinationer af flyveaske og andre bindere (især brændt kalk). Hvis flyveaske skal opnå en større anvendelse som stabiliseringsmiddel i dansk vejbyggeri kræver det at man kan få adgang til den meget billigt, hvilket ikke er usandsynligt, samt at de miljømæssige aspekter kan afklares uden væsentlige problemstillinger med hensyn til udvaskning af tungmetaller. Udover ovennævnte initiativer, har flyveaske været brugt en del som fyldmateriale i forbindelse med vejanlæg i Danmark. Siden 1980’erne udgør denne anvendelsesmetode den største andel i flyveaskeforbrug til vejbygning i Danmark. En stor del af den flyveaske, som produceres i Danmark afsættes allerede i dag til vejformål (asfalt) samt byggeri (cement/beton). Der er dog stadig en overskudsproduktion, som man kunne udnyttes bedre end det sker i dag. Den danske flyveaske har et relativt lavt indhold af CaO og kan derfor klassificeres som en ikke-selvcementerende flyveaske (klasse F flyveaske jævnfør ASTM 618). Klasse F flyveasker skal tilsættes aktivt CaO i form af brændt kalk eller cement for at aktivere flyveaskens puzzolane egenskaber. 13 Stabiliseringsforsøg 3. Stabiliseringsforsøg 3.1. Testede bindemidler deks på 11,5 % (se Appendiks 5). Plottes kornkurven i et diagram, der angiver anbefalede bindemidler for diverse kornstørrelsesfordelinger (Figur 2), ses kornkuren at ligge på kanten af det område, hvor brændt kalk anbefales som bindemiddel til stabilisering. Kornkurven kan også siges at ligge centralt i det kornstørrelsesområde, hvor blandingsbindemidler anbefales. Der er testet to typer flyveaske sammen med enten brændt kalk eller kalciumklorid som aktivator. Bindemidlerne er kort beskrevet herunder og deres kemiske sammensætning fremgår af Appendiks 1-4. 3.1.1. Brændt kalk Brændt kalk fremstilles ved kalcinering af kalksten (CaCO3) ved ca. 900 °C, hvorved der uddrives CO2 og der dannes CaO (brændt kalk). Brændt kalk reagerer med vand ved dannelse af Ca(OH)2, som er stærkt basisk med en pH på ca. 12,4. Brændt kalk anvendes til en lang række formål i især byggeindustrien og den kemiske industri. Brændt kalk er også et meget anvendt bindemiddel i forbindelse med stabilisering af lerholdig jord. Jorden antages derfor at være velegnet til stabilisering med et blandingsbindemiddel bestående af brændt kalk og flyveaske. 3.3. Forsøg med forbedring af jord til indbygning I forbindelse med etableringen af Slagelse Omfartsvej blev det undersøgt om flyveaske kunne anvendes til forbedring af jord til indbygning. På entreprise 200 (den nordlige) blev der anvendt en blanding af brændt kalk og cement til både jordforbedring til indbygning samt til stabilisering af planum. Jordtyperne på denne entreprise bestod overvejende af siltet, sandet moræneler vekslende med tynde sandede og grusede lag. Jordtyperne på entreprise 201 (den sydlige) var lidt mere lerholdige og mere homogene, og her blev jordforbedring og stabilisering udført med brændt kalk alene. På grund af en dårlig økonomi i projektet, blev der besluttet at undersøge hvorvidt flyveaske kunne anvendes til jordforbedring i dele af projektet. Dette blev i første omgang testet i laboratorieskala, da en felttest ville kræve en speciel tilladelse fra Slagelse kommune. 3.1.2. Kalciumklorid Kalciumklorid (CaCl2) er en stærkt hygroskopisk salt, der typisk anvendes som støvdæmpningsmiddel og til frostsikring og afisning af veje med mere. 3.1.3. Tør flyveaske Tør flyveaske er et restprodukt fra kulfyrede kraftværker og kraftvarmeværker. De ikke-brændbare stoffer i kul reagerer under forbrændingen og danner komplekse forbindelser, som for en stor del består af en SiO2-holdig glasfase samt forskellige aluminiumsilikater og jernoxider. Ved høj pH vil disse forbindelser have puzzolane egenskaber. Flyveaske opsamles på forskellige måder fra kraftværkerne og lagres for en stor dels vedkommende tørt i siloer, hvorfra den sælges til en række anvendelser så som filler til beton, asfalt med mere. 3.3.1. Forsøgsresultater - jordforbedring For at kunne vurdere hvilken effekt flyveaske vil have i forbindelse med en jordforbedring/stabilisering blev der udført en række baggrundsforsøg. Et af disse ses i Figur 3 og viser effekten af stabilisering alene med brændt kalk. Der er udført 4 forsøg med stigende dosering af brændt kalk, hvor der er tilsat henholdsvis 0,5 %, 1 %, 2 % og 3 % brændt kalk til råjorden. Herefter er prøven blandet i lynhakker og umiddelbart derefter indstampet, hvorefter der er udført en CBR måling (i princippet er dette en IPI måling, dvs. et initialt bæreevne indeks). Råjordens naturlige vandindhold var på 14,7 %, hvilket er ganske langt over dens optimale vandindhold, som er 9,5 %. Målinger på lignende jordtyper fra Slagelse Omfartsvej viser, at disse er meget vandfølsomme og CBR-værdien dropper drastisk så snart vandindholdet ligger mere end ca. 2 % over det optimale vandindhold. 3.1.4. Befugtet flyveaske Som tidligere nævnt, er det sommetider nødvendigt at befugte flyveasken for at undgå støvgener ved udendørs opbevaring. Flyveaske har i sig selv en forholdsvis høj pH på mellem 10 og 11 og vil derfor starte en puzzolandannelse ved tilsætning af vand. Befugtet flyveaske indeholder derfor typisk en del svagt cementeret klumper. Der er ikke nogen stor afsætning af befugtet flyveaske, som derfor typisk anvendes til opfyldningsformål. 3.2. Jordtype Til forsøgene blev der anvendt en typisk let mager dansk moræneler, der blev indsamlet fra Slagelse Omfartsvejprojektet. Jorden kan beskrives som moræneler, svagt siltet med et indhold af ler på 17 % og et plasticitetsin- 14 Stabiliseringsforsøg Figur 2. Placering af kornkurven (brun linje) af den til flyveaskeforsøgene anvendte jordtype (moræneler, svagt siltet) i diagram visende anbefalede stabiliseringsbindemidler i forhold til kornkurve. Figur 3. Initial CBR ved stabilisering af svag siltet moræneler fra Slagelse omfartsvej med forskellige doseringer af brændt kalk. Se tekst for en nærmere beskrivelse. Det udførte forsøg viser, at man allerede ved en dosering på ca. 1 % brændt kalk opnår en initial CBR på ca. 7 %, hvilket indikerer, at materialet dermed vil kunne anvendes til indbygning. En egentlig stabilisering vil formodentlig kunne opnås ved en dosering på ca. 1,5 % brændt kalk ved dette vandindhold. Herefter blev der udført en række forsøg med tilsætning af befugtet flyveaske alene og sammen med brændt kalk. Resultaterne af disse kan ses i Figur 4. Ved tilsætning af befugtet flyveaske alene med dosering på 4 % og 8 % opnås kun en initial CBR på henholdsvis 1 % og 2 %. Ved en samtidig tilsætning af 0,5 % eller 1 % brændt kalk løftes den initiale CBR kun til henholdsvis 4 % og 7-8 %. Ved sammenligning med resultaterne for stabilisering med brændt kalk alene (Figur 3) ses det at der ikke er nogen umiddelbar effekt af tilsætningen af befugtet flyveaske. 15 Stabiliseringsforsøg ens i de to forsøg. Der synes altså heller ikke at være nogen større umiddelbar effekt af tilsætning af tør flyveaske i forbindelse med stabiliseringen. Der blev også udført forsøg med tilsætning af tør flyveaske alene og sammen med brændt kalk. Resultaterne af disse forsøg kan ses i Figur 5. Ved tilsætning af tør flyveaske alene i dosering på 4 % og 8 % ses ingen forskel i CBR værdi fra forsøgene med den befugtede flyveaske. Ved en samtidig tilsætning af brændt kalk fås der en anelse højere initial CBR værdi for tilsætning af 0,5 % brændt kalk sammen med 8 % tør flyveaske end med den befugtede flyveaske, mens 4 % tilsætningen er For at vurdere om en eventuel korttidslagring af jord stabiliseret med flyveaske og brændt kalk kunne have en positiv effekt med hensyn til styrkeudviklingen i materialet blev der udført endnu en række forsøg. Resultaterne af disse kan ses i Figur 6. Råjorden blev tilsat 4 % befugtet Figur 4. Initial CBR ved stabilisering af svag siltet moræneler fra Slagelse Omfartsvej med forskellige doser befugtet flyveaske (BFA) og befugtet flyveaske + brændt kalk. Se tekst for en nærmere beskrivelse. Figur 5. Initial CBR ved stabilisering af svag siltet moræneler fra Slagelse Omfartsvej med forskellige doser tør flyveaske (TFA) og tør flyveaske + brændt kalk til. Se tekst for en nærmere beskrivelse. 16 Stabiliseringsforsøg komme videre med konstruktionen og flyveasken skal sikre, at man på lidt længere sigt når den konstruktionsmæssigt ønskede styrke. Da det er forholdsvist nemt/ billigt at opnå en acceptabel konstruktionsmæssig styrke for normal vejopbygning ved hjælp af små mængder brændt kalk eller brændt kalk + cement går forsøgene ud på at få så store styrker, at koblingshøjden kan reduceres betragteligt, det vil sige, at vi ønsker at opnå en stabiliseret underbund som er frostsikker. flyveaske og 0,5 % brændt kalk og blandet i lynhakker. Portioner af det opblandede materiale blev lagret i 0, 1, 2 og 4 døgn i lufttætte plastikposer sammen med en våd klud, hvorefter materialet blev indstampet og den initiale CBR målt. CBR-værdien ses at stige fra en udgangsværdi på 4 % uden oplagring til 15 % efter 4 døgns lagring. Som reference blev der også udført en prøvning udelukkende med tilsætning af brændt kalk, der blev målt efter lagring i 3 døgn. Ud fra grafen ses det tydeligt at CBR-værdien for dette materiale efter 3 døgns lagring ligger på en lige linje mellem værdierne for 2 døgns og 4 døgns lagring af materiale tilsat 4 % befugtet flyveaske og 0,5 % brændt kalk. Det kan altså konkluderes, at der indenfor en tidsramme på de målte 4 døgn ikke er nogen målbar effekt af den tilsatte befugtede flyveaske. 3.4.1. Forsøgsresultater – stabilisering til planum For at kunne vurdere effekten af den tilsatte flyveaske er der udført CBR-målinger på forsøg med materialet stabiliseret udelukkende med brændt kalk. Dette er gjort med både 1 % og 2 % tilsætning af brændt kalk. På grund af begrænset kapacitet i laboratoriet er der kun udført målinger efter 0 døgn, 28 døgn og 91 døgn. Resultaterne kan ses i Tabel 2 og i Figur 7. CBR-værdierne er ca. en faktor 2 større med 2 % brændt kalk i forhold til 1 % brændt kalk. Udenlandske forsøg har vist, at kalciumklorid kan anvendes til aktivering af flyveaske. Det blev derfor besluttet at undersøge om en tilsætning af kalciumklorid i stedet for brændt kalk ville kunne accelerere styrkeudviklingen. Til forsøgene blev der tilsat 2 % kalciumklorid og 4 % befugtet flyveaske til den siltede moræneler. Resultaterne af disse forsøg kan ses i Figur 6. CBR-målinger efter 1, 3 og 4 døgns lagring viste dog ingen effekt og CBRværdien forblev på ca. 1 % i alle prøverne. Der er udført et enkelt forsøg med anvendelse af 1 % brændt kalk og 8 % befugtet flyvaske. Måling efter 28 døgn viser en CBR-værdi på 63 %, hvilket er ca. en faktor 2 i forhold til anvendelse af 1 % brændt kalk alene. Ved 56 og 91 døgn synes styrkeudviklingen dog at have toppet, da disse begge ligger lige omkring 70 % CBR. Styrkeudviklingen for tilsætning af 1 % brændt kalk alene ligger på 51 % CBR efter 91 døgn og tilsætningen af 8 % befugtet flyveaske synes derfor ikke at give nogen væsentlig stigning i bæreevnen af materialet over tid. 3.4. Stabilisering af jord til planum Selv om flyveaske har en forholdsvis langsom styrkeudvikling giver det alligevel god mening at anvende den til stabiliseringsformål, såfremt man samtidig anvender den i kombination med et bindemiddel med en hurtig styrkeudvikling, så som brændt kalk eller cement. Bindemidlet med hurtig styrkeudvikling skal sikre at man hurtigt kan Ved forsøg med tilsætning af 2 % brændt kalk sammen med 12 % befugtet flyveaske (se Tabel 2 og Figur 8) ses Figur 6. CBR ved stabilisering af svag siltet moræneler fra Slagelse Omfartsvej med forskellige doser befugtet flyveaske + brændt kalk, befugtet flyveaske + kalciumklorid og brændt kalk alene. Initial CBR samt CBR ved indstampning efter 1 til 4 døgns forudgående lagring af materialet. Se tekst for en nærmere beskrivelse. 17 Stabiliseringsforsøg Tabel 2. Udvikling af CBR over tid ved stabilisering af siltet moræneler fra Slagelse Omfartsvej med forskellige doser bindemidler. Bindemiddeldosering CBR (%) efter 0 døgn CBR (%) efter 28 døgn CBR (%) efter 56 døgn CBR (%) efter 91 døgn 1 % CaO 7 26 - 51 2 % CaO 18 51 - 123 1 % CaO + 8 % BFA - 63 71 69 2 % CaO + 12 % BFA - 76 139 187 2 % CaO + 12 % TFA - 140 203 (250)* * Skønnet værdi ud fra de tilgængelige analyser. efter 91 døgn gik CBR-maskinen desværre i stykker og vi kender derfor ikke resultatet herfra. CBR-udviklingen må dog forventes at følge samme trend som ved 28 og 56 døgn, hvorfor det antages at der ville være opnået en CBR-værdi på ca. 250 % efter 91 døgn (64 % point mere end for den befugtede flyveaske). Stabilisering med 12 % tør flyveaske sammen med 2 % brændt kalk giver altså en CBR-værdi som er ca. 2 gange den CBR-værdi, som opnås med brændt kalk alene. derimod en fortsat styrkeudvikling og der opnås en CBRværdi efter 91 døgn på 187 %. Det er ca. 1,5 gange den CBR-værdi, som blev opnået med anvendelse af 2 % brændt kalk alene. Styrkeudviklingen er markant hurtigere ved anvendelse af både brændt kalk og befugtet flyveaske sammenholdt med anvendelse af brændt kalk alene. Ud fra kurven synes denne udvikling ikke at have toppet efter 91 døgn. Resultater fra stabiliseringsforsøg med 2 % brændt kalk og 12 % tør flyveaske fremgår af Tabel 2 og Figur 8. Her ses det, at styrkeudviklingen er endnu kraftigere end i forsøgene med befugtet flyveaske. Målinger efter 28 og 56 døgn viser begge CBR-værdier som er 64 % point højere end forsøgene med befugtet flyveaske. Ved måling Figur 7. Udvikling af CBR ved stabilisering af svag siltet moræneler fra Slagelse Omfartsvej med brændt kalk og brændt kalk + befugtet flyveaske. 18 Stabiliseringsforsøg Figur 8. Udvikling af CBR ved stabilisering af svag siltet moræneler fra Slagelse Omfartsvej med tilsætning af brændt kalk + befugtet flyveaske (BFA) og ved tilsætning af brændt kalk alene. 3.5. Konklusion I stabiliseringsforsøg med 2 % brændt kalk og 12 % tør flyveaske ses en endnu større styrkeudvikling end i de forgående forsøg. Styrkeudviklingen synes generelt at ligge ca. 60 % point højere i CBR-værdi end i forsøgene med 12 % befugtet flyveaske. CBR-maskinen gik i stykker ved måling på 91 døgn-kernen, men det antages at CBR-værdien efter 91 døgn ville have ligget på omkring 250 %. Forsøg med lagring af stabiliseret jord i 0 til 4 døgn viser at styrkeudviklingen for jorden stabiliseret med brændt kalk alene er den samme som for jorden stabiliseret med brændt kalk og enten befugtet flyveaske eller tør flyveaske. Forsøg med anvendelse af kalciumklorid som aktivator af flyveasken i stedet for brændt kalk gav ingen målbar effekt indenfor det testede tidsrum fra 0 til 4 døgn. Puzzolandannelsen fra den befugtede flyveaske er ikke så hurtig som fra den tørre flyveaske. Dette skyldes, at de mest reaktive bestanddele i den befugtede flyveaske allerede har reageret ved den oprindelige befugtning af materialet. Der synes dog stadig at være store mængder puzzolant materiale tilbage og styrkeudviklingen i forsøget med brændt kalk og befugtet flyveaske vurderes ikke at have toppet efter de 91 døgn, som forsøget varerede. De udførte forsøg viser, at tilsætning af 4 % flyveaske i forbindelse med stabilisering/jordforbedring ingen effekt har indenfor korte tidsrammer (0- 4 døgn). Det kan derfor konkluderes, at flyveaske ikke synes anvendelig til jordforbedring idet der ikke ses nogen umiddelbar effekt af tilsætningen, hverken med brændt kalk eller calciumklorid som aktivator. 3.6. Diskussion og perspektivering Stabiliseringsforsøg med 1 % brændt kalk og 8 % befugtet flyveaske viser en kraftig styrkeudvikling indtil 28 døgn, hvorefter styrkeudviklingen synes at stagnere eller måske endda falde igen. En forklaring på dette kunne være, at 1 % brændt kalk ikke er nok til at opretholde en tilstrækkelig høj pH i materialet til at der kan ske en fortsat puzzolandannelse fra flyveasken. Disse indledende laboratorieforsøg med stabilisering af jord med blandingsbindemidler bestående af brændt kalk og flyveaske synes ganske lovende. Styrkeudviklingen af blandinger med bare 2 % brændt kalk og 12 % befugtet flyveaske eller 12 % tør flyveaske giver 91 døgn styrker på henholdsvis 187 % CBR og ca. 250 % CBR. Disse værdier er betydeligt højere end nødvendigt for planumstabilisering under motorveje når underbunden ligger i frostfri dybde. Stabiliseringsforsøg med 2 % brændt kalk og 12 % befugtet flyveaske giver en hurtigere og større styrkeudvikling end stabilisering alene med 2 % brændt kalk. Efter 91 døgn er der opnået en CBR-værdi på 187 % jævnfør 123 % med 2 % brændt kalk. Potentialet for anvendelse af blandinger af brændt kalk og flyveaske til stabilisering af underbund vil altså ligge 19 Stabiliseringsforsøg i muligheden for at opnå styrker, hvor underbunden kan betragtes som frostsikker. Derved vil det være muligt at reducere tykkelsen af bærelaget, hvilket kan medføre en betydelig besparelse i råstoffer. brændt kalk + 12 % befugtet flyveaske skulle kunne give en enaksial trykstyrke på omkring 2,5 MPa (187 % CBR), mens 2 % brændt kalk + 12 % tør flyveaske skulle kunne give en enaksial trykstyrke på omkring 3,4 MPa (251 % CBR). Disse værdier er dog kun antagelser og vil skulle eftervises ved egentlige forsøg. Sådanne forsøg kunne f.eks. udføres på kerner med accelereret hærdning. 3.6.1. Frostsikkerhed Frostsikker dybde i Danmark antages pt. som værende minimum 80 cm regnet fra toppen af vejoverfladen. Der er et måleprogram i gang, som skal give yderligere informationer vedrørende dette. På europæisk plan er der ikke enighed om hvilke forsøgsmetoder, som kan anvendes til at eftervise om et materiale kan regnes for frostsikkert eller ej. I nogle lande som f.eks. Frankrig regnes et stabiliseret materiale som frostsikkert når det har opnået en enaksial trykstyrke på ≥ 2,5 MPa. 3.6.2. Flyveaske støvproblematik Tør flyveaske er meget støvende og vides at give problemer ved udlægning direkte på jorden. Problemet kan måske reduceres ved udlægning med samtidig påsprøjtning af vand. Udlægning af befugtet flyveaske skulle ikke være så problematisk med hensyn til støvgener. Det vides dog ikke, hvorvidt de normale udlæggere er i stand til at håndtere et sådant materiale. Befugtet flyveaske kan også udlægges af en almindelig asfaltudlægger. Dette vil dog normalt kræve at jorden allerede er behandlet med brændt kalk, så det er muligt at køre direkte på området med et sådant maskineri. I Boes Consultings database findes en række forsøgsresultater fra stabilisering af moræneler (sandet til svagt siltet) med blandingsbindemidler bestående af brændt kalk og puzzolane materialer (højovnsslagge). Hvis man plotter målinger af 28 døgns CBR-værdier mod enaksiale trykstyrker på 28 døgns kerner fås en meget fin korrelation (se blå punkter i Figur 9). De samme materialer stabiliseret med enten ren brændt kalk eller ren cement har en henholdsvis relativ mindre eller en større enaksial trykstyrke (røde punkter i Figur 9). Hvis man antager, at blandingsbindemidlerne bestående af brændt kalk og flyveaske har en lignende relation mellem CBR og enaksial trykstyrke for 91 døgn, som gælder for forsøgsdata i Figur 9 (blå punkter), kan man beregne at 2 % Befugtet flyveaske indeholder større eller mindre mængder sammenkittede klumper på grund af en let puzzolandannelse initieret ved befugtningen. Det bør undersøges nærmere, hvorvidt disse skal sigtes fra eller eventuelt knuses før en anvendelse af den befugtede flyveaske til stabilisering. Figur 9. Relation mellem CBR og enaksial trykstyrke (28 døgn) i en række stabiliseringsforsøg på moræneler med anvendelse af forskellige blandinger og doseringer af brændt kalk og puzzolane materialer (blå markeringer). Røde markeringer indikerer stabiliseringsforsøg med ren cement og/eller ren brændt kalk. Se tekst for en videre diskussion. 20 Stabiliseringsforsøg 3.6.3. Økonomi Anvendelse af flyveaske til stabilisering kan ses som supplement til anvendelse af brændt kalk (800-900 kr./ ton leveret) og cement (700-750 kr./ton leveret). Prisen for tør flyveaske leveret er ca. 175 kr./ton (i 2014), mens befugtet flyveaske formodentlig kan leveres frit. 4. Forsøg med stabilisering af befugtet flyveaske til direkte anvendelse som bærelag i vejkonstruktioner. 5. Forsøg til vurdering af brændt kalk/flyveaske stabiliseret jords evne til at modstå revnedannelser (er materialet ”selvhelende” eller opfører det sig mere som cementstabiliserede materialer?). Et forbrug på 12 % tør flyveaske giver altså en meromkostning ved stabiliseringen på minimum 2.280 kr., svarende til ca. 2,5 % brændt kalk eller 3 % cement. Ud fra et rent økonomisk synspunkt skal tilsætningen (og virkningen) af 12 % tør flyveaske altså kunne måle sig med en ekstra tilsætning af 2,5 % brændt kalk eller 3 % cement. Det antages at en tilsætning af de nævnte mængder brændt kalk eller cement vil have minimum tilsvarende styrkeudviklinger. Ud fra et CO2-mæssigt synspunkt, vil der dog være betydelige besparelser ved at anvende tør flyveaske. Det er dog pt. usikkert om der er nok tør flyveaske tilgængeligt til en sådan anvendelse, når man tager i betragtning, at det meste af den tilgængelige tørre flyveaske i dag anvendes til andre formål (beton og asfalt). 6. Dialog med de flyveaskeproducerende kraftværker vedrørende en eventuel udnyttelse af deres lagre af befugtet flyveaske. Anvendelse af befugtet flyveaske vil, hvis det kan leveres frit eller f.eks. kun til fragtomkostningen, være en økonomisk set ganske interessant mulighed. Mængden af befugtet flyveaske som skal anvendes for at opnå den ønskede effekt, vil dog være noget større end for tør flyveaske. Der er anselige mængder befugtet flyveaske deponeret på flere af de danske kraftværker og kraftværkerne er interesseret i at komme af med disse. Det skal dog undersøges nærmere, hvorvidt den befugtede flyveaske skal sigtes eller knuses for at undgå sammenkittede klumper. 3.6.4. Miljøpåvirkning Udenlandske undersøgelser indikerer, at der ikke er de store miljømæssige problemer med hensyn til udvaskning af tungmetaller fra jord stabiliseret med flyveaske (Misra 2000; Heebink & Hassett 2001; Bloom & Gollany 2001). Dette bør dog eftervises under danske forhold efter metoder, der er tilpasset anvendelsen til stabilisering. 3.7. Forslag til videre arbejde 1. Udvaskningsforsøg på jord stabiliseret med brændt kalk og flyveaske til vurdering af eventuel risiko for udvaskning af miljøskadelige stoffer. 2. Forsøg til vurdering af brændt kalk/flyveaske-stabiliseret jords frostfølsomhed. Dette kunne gøres som enaksiale trykstyrkemålinger på kerner af stabiliseret jord og/eller ved egentlige fryseforsøg på kerner af stabiliseret jord. 3. Yderligere laboratorieforsøg med andre jordtyper og eventuelt større mængder flyveaske til klarlægning af metodens potentiale. 21 Litteraturliste 4. Litteraturliste Barstis, W. F. & Metcalf, J. (2005). Practical approach to criteria for the use of fly-ash stabilization in base courses. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 1936, pp. 20- 27. Beeghly J.H. (2003). Recent Experiences with Lime-Fly Ash Stabilization of Pavement Subgrade Soils, Base, and Recycled Asphalt. Proceedings of International Ash Utilization Symposium, 2003, Lexington, Ky., 0-967 4971-5-9, pp. 435-452. http://www.flyash.info Bloom, P. R., and Gollany, H. (2001). Water quality in runoff from fly ash-stabilized pads. In Environmental Evaluation for of the use of Ash in Soils Stabilization Applications. EPRI, Palo Alto CA, and U.S. Department of Energy, Pittsburg, PA: 2001:1005213. In: Edil & Benson 2007. Bowders et al. (1990). Permeability and leachate characteristics of stabilized class F fly ash. Transportation Research Record, No. 1288, Transportation Research Board, pp. 70-77. Cetin, B., Aydilek, A. H., and Li, L. (2011). Leaching of Cu and Zn metals from Fly Ash Amended Highway Base Layers. Paper Submitted for presentation at the Transportation Research Board 90th Annual Meeting January 2011. Edil, T. B., Acosta, H. A., and Benson, C.H. (2006). Stabilizing soft fine-grained soils with fly ash. Journal of materials in civil engineering, March/April 2006, pp. 283-294. Edil, T. B. and Benson, C. H. (2007). Demonstration of ash utilization in low volumes roads. Minnesota Department of Transportation, Research Services Section, 395 John Ireland Boulevard, MS 330´St. Paul, Minnesota 55155-1899. � Edil, T., Benson, C., Bin-Shafique, S., Tanyu, B., Kim W., and Senol, A. (2002). Field evaluation of construction alternatives for roadway over soft subgrade. INTERIM REPORT, Geotechnical Engineering Report, 02-04. Madison, Wisconsin. Edil, T., Benson, C. H., Tastan, O., Hatiploglu, B., Li, L., Martono, W. and O´Donnell, J. (2010). Monitoring and evaluation of fly ash stabilized subgrade constructed by the Wisconsin Department of Transportation, SPR # 0092-04-10. Ferguson, G. (1993). Use of self-cementing fly ashes as a soil stabilization agent. ASCE Geotechnical Special Publication No. 36, ASCE, New York. Hassett, D. J., (1999). A Generic Leaching Procedure Predict Environmental Impact of Reactive Materials Such as Coal Combustion By-Products. Presented at the 15th Annual Waste Testing and Quality Assurance Symposium, July 18–21, 1999 Heebink, l. V. and Hassett, D. J. (2001). Coal fly ash trace element mobility in soil stabilization. 2001 International ash utilization symposium, paper # 64. http://www.flyash.info Huayang, Z. (1989). Lime-fly ash stabilized bases. Institutionen för vägteknik kungl tekniska högskolan, Stockholm, Sweden. Bulletin 1989:3. Ismaiel, H.A.H (2006). Treatment and improvement of the geotechnical properties of different soft fine- grained soils using chemical stabilization. Dissertation, Mathematisch Naturwissenschaftlich Technischen Fakultät der Martin Luther Universität Halle Wittenberg. Kamon, M. and Nontananandh, S. (1991). Combining industrial wastes with lime for soil stabilization. Journal of Geotechnical Engineering, 117(1), 1-17. In: Muhunthan & Sariosseiri 2008. 22 Litteraturliste Little, D. N. and Nair, S. (2009). Recommended practice for stabilization of subgrade soils and base materials. Contractor’s Final Task Report for NCHRP Project 20-07. National Cooperative Highway Research Program. Little, D. N., Males, E. H., Prusinski, J. R., and Stewart, B. (2000). Cementitious stabilization, Transportation in the New Millennium: State of the Art and Future Directions, Perspectives from Transportation Research Board Standing Committees. Misra, A. (2000). Utilization of western coal fly ash in construction of highways in the Midwest. MATC project No. MATC UMC 96-2. Mid-America Transportation Center. University of Nebraska-Lincoln. Muhunthan, B. and Sariosseiri, F. (2008). Interpretation of geotechnical properties of cement treated soils. Report no. WA-RD 715.1. Prepared for The Federal Highway Administration U.S. Department of Transportation Nicholson, P. G. and Ding, M. (1997). Improvement of tropical soils with waste ash and lime. American Society for Testing Materials, 1257, 195-204. In: Muhunthan & Sariosseiri 2008. Pade, C. (2009). Fremtidens flyveaske – fra samfyring af kul og biomasse/affald. Dansk Betondag 2009. Parker, J. W. (2008). Evaluation of laboratory durability tests for stabilized subgrade soils. Master of science thesis. Department of Civil and Environmental Engineering Brigham Young University. Parson R.L. & Milburn J.P. (2003). Engineering behavior of stabilized soils, Transportation research record, Journal of the Transportation Research Board, Washington, DC- 0361-1981, pp. 20-29. RMRC (2008). Coal fly ash – User guideline. http://www.rmrc.unh.edu/tools/uguidelines/cfa55.asp Saylak, D., S.K. Mishra, G.G. Mejeoumov and C.-S. Chon (2008). Fly Ash-Calcium Chloride Stabilization in Road Construction. In Transportation Research Record: Journal of the Transportation Board, No. 2053, Transportation research Board of the National Academies, Washington, D.C., 2008, pp. 23-29. Shon, C.-S., D. Saylek, S.K. Mishra (2010). Combined Use of Calcium Chloride and Fly Ash in Road Base Stabilization. In Transportation Research Record: Journal of the Transportation Board, No. 2186, Transportation research Board of the National Academies, Washington, D.C., 2010, pp. 120-129. U.S. Army, U.S. Navy, & U.S. Air Force (2004). Soil stabilization for pavements, University press of the pacific, Honolulu, Hawaii. Veisi, M., Chittoori, B., Celaya, M, Nazarian, S., Puppala, A. J., and Solis, C. (2010). Accelerated stabilization design of subgrade soils. Research Project 0-5569 Accelerated Stabilization Design Conducted for Texas Department of Transportation in cooperation with the Federal Highway Administration Research Report TX 0-5569-1, February 2010. White, D. J., Harrington, D. and Thomas Z. (2005). Fly ash soil stabilization for non-uniform subgrade soils, Volume I: Engineering properties and construction guidelines – Final Report, Iowa State University. White, W. G. and Gnanendran, C. T. (2005).The influence of compaction method and density on the strength and modulus of cementitiously stabilized pavement material.” The International Journal of Pavement Engineering, 6(2), 97-110. 23 Reference over danske forsøg med fly veaske 5. Reference over danske forsøg med flyveaske Listet efter udgivelsesår 1977 Internt Notat nr. 71. Genbrug i vejbygning. Dette er samling af overheads præsenteret af Knud A. Pihl i forbindelse med et foredrag i Vej- og Byplanforeningen i 1977. Nogle overvejelser omkring muligheden for at erstatte (helt eller delvist) sand og grus i vejbygning med affaldsprodukter, som flyveaske. Henviser til sidst til nogle franske erfaringer med flyveaskestabiliseret grus som bærelag. 1979 Internt Notat nr. 91. Flyveaske til vejbygningsformål. 1981 Internt Notat nr. 115. Forsøgsvej på Farø - Stabilisering af sand med brug af flyveaske. 1981 Internt Notat nr. 116. Forsøgsvej på Farø - Bilagsrapport. 1983 Stabilisering af sand med flyveaske og cement. Vagn Leerskov. Staderapport. Aarhus Amtskommune. Marts 1983. 1983 Internt Notat nr. 149. Fly Ash in Danish Road Construction. 1983 Almindelig arbejdsbeskrivelse for sand stabiliseret med flyveaske og cement, evt. kalk. Vejdirektoratet. Statens Vejlaboratorium. Leveringsbetingelser og prøvningsmetoder. Nr. 14. 1983. 1983 Særlig arbejdsbeskrivelse for sand stabiliseret med flyveaske og cement, evt. kalk. Vejdirektoratet. Statens Vejlaboratorium. Leveringsbetingelser og prøvningsmetoder. Nr. 15. 1983. 1984 Notat 165. Flyveaske til veje og stier. 1984 Notat 165. Flyveaskestabiliseret sandbærelag. 1986 Notat 188. Forsøgsvejen på Farø. 1986 Rapport 59. Fly ash in cementbound sand for roadbase. 1988 Rapport 65. Bærelag af flyveaske og cementbundet sand. 1995 Anvendelse af flyveaske til vejbygning. Niels Bo Poulsen. Dansk Vejtidsskrift. August 1995. 24 Appendiks 6. Appendiks Appendiks 1: Datablad for brændt kalk. Appendiks 2: Datablad for kalciumklorid. Appendiks 3: Kemiske data for tør flyveaske. Appendiks 4: Kemiske data for befugtet flyveaske. Appendiks 5: Kornkurve og analysedata fra den jord, som er anvendt til flyveaske-forsøgene. 25 Appendiks 1 Proviacal® ST Fremstilling Proviacal® ST er en letbrændt kalk fremstillet ved brænding af knust kalksten med efterfølgende bearbejdning. I kalkovnen udsættes kalkstenen for en stadig højere temperatur, og i selve brændzonen er temperaturen 1100-1200 °C. Ved brændingen uddrives kuldioxid (CO2) af kalkstenen (CaCO3), og der dannes brændt kalk (CaO): CaCO3 Kalksten + varme → + varme → CaO brændt kalk + CO2 + kuldioxid Anvendelse Til forbedring og stabilisering af ler- og siltholdig jord samt slam i forbindelse med anlægsopgaver. Stabiliseringen kan ske på opgaver såsom vejbygning, dæmninger, opfyldning af kabel- og kloak opgravninger, fundering med mere. Analysedata Kalk er et naturprodukt, hvis sammensætning varierer inden for visse grænser. Samtlige analysedata skal derfor betragtes som retningsgivende. De kemiske og fysiske egenskaber beskrives af samme grund ved en middelværdi ( x )og tilhørende standardafvigelse s. Middelværdien plus/minus to gange standardafvigelsen ( x ± 2 · s) angiver grænserne, inden for hvilke 95 % af vore analyseresultater vil falde. Kemisk analyse Proviacal ST Maj 2012 x s Calciumoxid (CaOtotal) 94,5 % 1,5 % Magnesiumoxid (MgO) 1,4 % 0,4 % Siliciumoxid (SiO2) 1,6 % 0,5 % Aluminiumoxid (Al2O3) 0,85 % 0,4 % Jernoxid (Fe2O3) 0,3 % 0,15 % Kuldioxid (CO2) 1,0 % 0,7 % Svovl (S) 0,15 % 0,05 % Calciumoxid (CaOaktiv) 90,5 % 1,7 % Fysiske Egenskaber Reaktivitet Reaktionshastigheden bestemt ved DS/EN 459 på fraktionen 85 % mindre end 0,09 mm er: x s 20°C/min. 3°C/min. 2½ min. 1min. x s Sigterest på 4 mm 1 1 Sigterest på 1 mm 18 3 Sigterest på 0,09 mm 60 5 x s 975 kg/m³ 60 kg/m³ R (reaktivitet) t60°C (tid for opnåelse af temp. 60°C) Finhed Massefylde Letbrændt kalk kan have fraktioner op til 4 mm. 3,11 g/ml. Rumvægt ® Proviacal ST Levering Løst i tankbil fra Stubberup. Forholdsregler ved brug Undgå støvdannelse og spredning. Sørg for effektiv ventilation. Undgå indånding af støv og kontakt med hud og øjne. Skift straks forurenet tøj. Vask straks, hvis huden bliver forurenet. Der skal være adgang til vand og øjenskylleflaske. Kontaktlinser bør ikke bæres under arbejdet. Advarsel I modsætning til pulveret, kan produktet, fortyndet med vand, forårsage alvorlig hudskade hos mennesker (alkalisk ætsning), specielt ved længere tids hudkontakt. Anvisning Der henvises til sikkerhedsdatablad (e-sds) for brændt kalk (www.faxekalk.dk). Øvrigt Proviacal® ST overholder DS/EN 459-1 for bygningskalk i klasse: CL 90-Q (R5, Psv). Ovenanførte analysedata er fundet ved prøvningsmetoder, der afviger fra de i standarden angivne. Proviacal ST Maj 2012 Faxe Kalk A/S Hovedgaden 13, 4654 Faxe Ladeplads Telefon: 56 763 500, Fax: 56 763 501, CVR Nr. DK20882182 Appendiks 2 77% ROAD GRADE CALCIUM CHLORIDE FLAKES Product Data Sheet Safety and Handling Road grade calcium chloride (CaCl2) is produced to suit the specific needs of our road maintenance and deicing customers. Calcium chloride is a strong salt. Protective clothing, rubber gloves and eye protection are recommended. Rubber safety boots should also be worn in work areas, since calcium chloride can damage leather. This product should be handled in areas with proper ventilation. Before using this product, refer to the MSDS (available on the Company’s website) for complete safety and handling guidelines. For proper disposal guidelines for calcium chloride wastes, consult the appropriate local regulatory authorities. Applications TETRA Road grade calcium chloride is used mainly for maintenance of gravel and dirt roads and in deicing applications on paved and unpaved surfaces. Calcium chloride is both hygroscopic and deliquescent. These related properties both involve absorption of atmospheric moisture and retention of moisture present in the soil, making it ideal for dust binding on gravel and dirt roads. Unpaved surfaces treated with this product, when cured and compacted, form a hard and smooth riding surface, significantly reducing dust displacement. Calcium chloride is a very effective deicing agent. calcium chloride is effective to temperatures as low as -30°C. The use of calcium chloride to melt snow and ice and to prevent low friction conditions is an efficient tool in any winter road maintenance program. Calcium chloride should be stored on pallets away from direct contact with the ground and covered to ensure protection from sunlight. PHYSICAL PROPERTIES Appearance White flakes Odor None Bulk Density 750 to 900 kg/m3 CHEMICAL PROPERTIES CaCl2 Concentration Availability TETRA CHEMICALS EUROPE General Description Specification Typical Value 77% 77% Road grade calcium chloride flakes are produced in Finland. The product is available worldwide through our network of distributors in the following packaging options. ROAD GRADE CaCl2 PACKAGING Dimensions LxWxH Units 25 kg Bag Package 1080x1070x1050 42/Pallet 1000 kg Big Bag 1000x1000x1350 1 N/A N/A Bulk TETRA Chemicals Europe Sweden Finland Box 901, SE-251 09 Helsingborg, Sweden Phone: +46 42 453 27 00 Fax: +46 42 453 27 80 Box 551, FI-67701 Kokkola, Finland Phone: +358 6 8282 111 Fax: +358 6 8282 575 www.tetrachemicals.com Because use conditions and applicable laws may differ from one location to another and may change with time, Customer is responsible for determining whether products and the information in this document are appropriate for Customer's use and for ensuring that Customer's workplace and disposal practices are in compliance with applicable laws and other governmental enactments. Seller assumes no obligation or liability for the information in this document. NO WARRANTIES ARE GIVEN; ALL IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE EXPRESSLY EXCLUDED. Further, nothing contained herein shall be taken as a recommendation to manufacture or use any of the herein described materials or processes in violation of existing or future patents. © 2010 TETRA Technologies, Inc. All rights reserved. TETRA and the TETRA logo are registered trademarks of TETRA Technologies, Inc. This data sheet replaces all other versions. September 16, 2010 Road77_Flakes_KLA Appendiks 3 Tabel fra Overgaard 2011. Appendiks 4 Appendiks 5 Vejdirektoratet har lokale kontorer i: Aalborg, Fløng, Middelfart, Næstved og Skanderborg samt hovedkontor i København Find mere information på vejdirektoratet.dk Vejdirektoratet Niels Juels Gade 13 1022 København K Telefon 7244 3333 [email protected] vejdirektoratet.dk