Co bobtná v dálnici: odpadky, stavební odpad, studený ... · Seminá ř “Fámy a fakta o...

© 2009 ARCADIS24 April 20121 of 44

Co bobtná v dálnici: Co bobtná v dálnici: odpadky, stavební odpad, odpadky, stavební odpad, studený odval NH, studený odval NH, vysokopecní či vysokopecní či ocelárenská struska?ocelárenská struska?

Seminář “Fámy a fakta o dálnici D47“, Praha, 24.4.2012

Imagine the result

RNDr. František Kresta, Ph.D.


Obsah1) Úvod

2) Druhotné suroviny použité p ři výstavb ě dálnice D47

3) Objemová stálost druhotných surovin (p ředevším vedlejších produkt ů hutní výroby)

4) Příčiny objemových zm ěn

5) Prokazování objemové stálosti

6) Výsledky zkoušek

7) Závěry


1. Úvod


Využití druhotných surovin pat ří k základním úkol ům rozvinutého světa.

Česká republika pat řila a pat ří k průkopník ům ve využití druhotných surovin v zemních pracech, a to nejen v dopravním s tavitelství, kde jsou nejv ětší objemy prací, ale i v dalších oblastech stavebn í činnosti - pozemní stavby, rekultivace a úprava kraji ny.

Výhody používání druhotných surovin jsou p ředevším následující:

�ekologické hledisko – používáním druhotných surovin se snižuje množství vedlejších produkt ů na skládky a snižují se tedy i náklady na následnou rekultivaci

�náklady stavby – většinou jsou druhotné suroviny levn ější než přírodní kamenivo (avšak i zde se mnohdy ceny srovnáv ají, protože majitelé zdroj ů druhotných surovin mají zájem na zisku)

�časové hledisko (v případě uhelné hlušiny a strusek) – zemní tělesa z t ěchto materiál ů lze provád ět i ve zhoršených klimatických podmínkách (zimní m ěsíce)


Most SO 8216 a násyp km 150.330-152.660 – stav 15.4. 2006

km 150.330

km 152.660

most SO 8216

Úsek dálnice D47 s deformacemi vozovky – stav p ři výstavb ě

most SO 8219

most SO 8220


2.Druhotné suroviny použité při výstavbě dálnice D47


Druhotné suroviny použité p ři výstavb ě dálnice D47

Uhelná hlušinová sypanina z odvalu Paskov D – povinn á do úrovn ě Q100+0.50 m

Studený odval – lze použít nad úrovní Q 100+0.50 m (uložen v násypu km 150.330-152.660)

Ocelářská struska frakce 0-90 mm – aktivní zóna (0.50 m po d konstruk čními vrstvami)

uhelná hlušinová sypanina pod úrovní Q100

studený odval v přechodové oblasti mostu

aktivní zóna –ocelá řská struska


Druhotné suroviny použité p ři výstavb ě dálnice D47 Uhelná hlušinová sypanina z odvalu Paskov D

- uhelná hlušina po úprav ě frakce 0-180 mm

- objemov ě stálá- nízký obsah organické hmoty- velmi vhodná pro výstavbu

násypových t ěles- obecn ě uhelnou hlušinovou

sypaninu nelze použít do aktivní zóny (riziko vyšší namrzavosti jemné frakce)


Druhotné suroviny použité p ři výstavb ě dálnice D47 Studený odval

Definice studeného odvalu:“ Směs hutnických strusek, slévárenských písk ů a žáromateriál ů – vyzdívky vysokých pecí, které vznikají p ři výrob ě surového železa a oceli. Ve studeném odvalu je zastoupen zcela pod řadně i ostatní materiál – nap ř. dřevo, PVC apod.“

- minerální složení se mění zrno od zrna

- je dob ře hutnitelný, vykazuje vysoké hodnoty modulu p řetvárnosti

- je objemov ě nestálý


Druhotné suroviny použité p ři výstavb ě dálnice D47 Ocelářská struska

- aktivní zóna z ocelá řské strusky tvo ří vrstvu tl. 0.5 m pod konstruk čními vrstvami.

- jedná se o bazickou strusku (BOF) z odvalu Hrabová (nyní rekultivován)

- vykazuje vysokou objemovou hmotnost (nad 2600 kg.m -3)

Odval Hrabová je nyní již rekultivován


3. Objemová stálost druhotných surovin (především vedlejších produktů hutní výroby)


TKP 4 Zemní práce čl. 4.2.3 Druhotné materiály

Do zemního t ělesa pozemních komunikací se mohou použít pouze takové materiály, u nichž je ov ěřena vhodnost použití na základ ě průkazních zkoušek. V p řípadě nestandardních heterogenních materiál ů je nutné terénními a laboratorními zkouškami proká zat jejich použitelnost v souladu s dokumentací. Vždy je nutné definovat zejména:�přesný popis,�technologii zpracování,�projektové fyzikáln ě-mechanické parametry,�nezávadnost pro životní prost ředí,�vyluhovatelnost a její zm ěny v čase (dle TP 93)�časový vývoj mechanických vlastností (např. u materiál ů zpevn ěných pojivy)�způsob kontroly a četnost.Dosažení projektovaných parametr ů musí být podloženo laboratorními zkouškami za okrajových podmínek odpovídajícím skut ečným podmínkám v zemním t ělese a ov ěřeno zhut ňovací zkouškou.


Objemová stálost druhotných suroviny na stavb ě dálnice D47

Uhelná hlušinová sypanina – objemov ě stálá. Je složena z hornin karbonského stá ří, které byly vyt ěženy z hloubky 800-1000 m, a které prošly praním p ři úprav ě uhlí.

Studený odval – objemov ě nestálý. Je velmi heterogenní (každé zrno je jiné) a m ění své chemické složení. P řed zahájením stavby byly provedeny zkoušky rozpadavosti v autoklávu, které v šak nep řekro čily hodnotu 5%.

Ocelářská struska – její objemová stálost závisí na chemickém složení, které vyplývá z technologie výroby a slože ní rudy a struskotvorných p řísad. Před zahájením stavby byly provedeny zkoušky rozpadavosti v autoklávu, které však nep řekro čily hodnotu 5%. Dosud provedené výsledky prokazují její objemovo u stálost.


4. Příčiny objemových změn


Příčiny objemových zm ěn

Dosavadní výsledky zkoušek ukazují, že p říčinou objemových zm ěn ve vedlejších produktech hutní výroby jsou fázové p řeměny minerál ů. - hydratace volného vápna (CaO)

CaO +H2O →→→→ Ca(OH)2- hydratace periklasu (MgO)

MgO +H2O →→→→ Mg(OH)2- karbonatace hydroxid ů vápenatého a ho řečnatého

Ca(OH)2+ CO2 →→→→ CaCO3 + H2OMg(OH)2 + CO2 →→→→ MgCO3 + H2O

- polymorfní p řeměny dikalcium silikát ů (C2S)ββββ-C2S →→→→ αααα-C2S

- hydratace C 3S na CSH fáze a reakce aluminát ů

Všechny reakce spojené s hydratací nebo rozpadem ve dlejších produkt ů hutní výroby (strusek) jsou ovlivn ěny p řítomností sklovité fáze. Sklovité fáze se snadno rozpadají a p řispívají k objemovým změnám.





Periklasová (MgO) cihla s intenzivní hydratací (brucit – Mg(OH) 2) na okraji zrn a podél št ěpných trhlin a s karbonátovou hmotou (MgCO 3) v základní hmot ě.

Ocelářska struska pánvová. Krystalicko-sklovitá struska. Natavené krystaly merwinitu jsou spolu s drobnými zrny C2S a izotropního periklasu uloženy v tmav ě hnědé sklovité barv ě.



Pro rozvoj proces ů hydratace, vznik druhotných minerál ů a ve svém d ůsledku pro objemové zm ěny mají zásadní vliv následující faktory:

�vyšší podíl jemnozrnné frakce. V p řípadě studeného odvalu mohl být vyšší podíl jemnozrnné frakce jak primární, tak se ješt ě zvýšil při hutn ění materiálu studeného odvalu, kterým se v ětší zrna drtila

�vysoký m ěrný povrch zrn – úzce souvisí s výše uvedeným a vysokou pórovitostí jemnozrnné frakce materiálu st udeného odvalu. Hodnota pórovitosti u vzorku studeného odva lu frakce < 4 mm (zhutn ěném energií 100% PS), která je z hlediska objemových změn kritická, dosahovala až 36.8%

druhotné karbonáty



Pro rozvoj proces ů hydratace, vznik druhotných minerál ů a ve svém d ůsledku pro objemové zm ěny p ředevším u studeného odvalu mají zásadní vliv následující faktory:

�zásadité prost ředí (pH >9.2). V zásaditém prost ředí probíhají procesy hydratace. Zastavují se p ři poklesu pH pod 8.

�teplota nad 10°C (bylo pozorováním zjišt ěno, že p ři teplotách nižších se proces zpomaluje). Vlastní reakce je exo termní (vyvíjí se teplo), což bylo pozorováno p ři opravných pracech.

�přítomnost CO 2 v okolním prost ředí


Příklady objemových zm ěn při použití vedlejších produkt ů z hutní výroby mimo stavby dopravní infrastruktury

PZ Karviná – zdvih chodníku, v jehož podloží bylo 0.5 m vysokopecní strusky z TŽ Třinec (2011)

Ostrava – OBI – výkop pod podlahami; detail použitých materiál ů pro zásyp starých sklep ů – studený odval (2006)


5. Prokazování objemové stálosti


Zkoušky objemové stálosti vedlejších produkt ů hutní výroby

1. Dlouhodobé zkoušky bobtnání p ři zkoušce CBR (cca 6 m ěsíců)2. Zkoušky urychlující objemové zm ěny

- rozpadavost v autoklávu – autoclave test- rozpínavost (v parní komo ře) – steam test (EN 1744-1)- rozpadavost v horkovodní lázni – hot-water bath test

Chování vedlejších produkt ů hutní výroby bývá často diametráln ě odlišné od laboratorních výsledk ů.

Aplikace ve stmelených vrstvách a asfaltových vrstv ách – nejlépe odpovídají zkoušky rozpínavosti (dle EN 1744-1) neb o zkoušky v horkovodní lázni.

Nestmelené vrstvy - nejlepší výsledky p řinášely dlouhodobé zkoušky bobtnání p ři zkoušce CBR.


Laboratorní za řízení pro stanovení rozpínavosti ocelá řské strusky (foto ZKK Ho řice)

Zkouška objemových zm ěn v horkovodní lázni dle ASTM D4792 (převzato z Wang G. (2010))

Zkouška objemové stálosti v autoklávu (p řevzato z Yildirim I. Z. - Prezzi M. (2009))


Zkoušky prokazující objemovou stálost vedlejších produkt ů hutní výroby – normativní požadavky

vysokopecní struska – rozpadavost pa řením v autoklávu musí být nižší než 5% (frakce 8-16 mm, teplota 105°C, tlak 0.20 MP a, 2 hodiny) – viz TP 138

ocelá řská struska – rozpínavost (frakce 0-22 mm, teplota páry 100°C, 24 hodin pro LD strusky, 168 hodin pro BOF a EAF st rusky) musí být nižší než 5% – viz EN 1744-1


Zkoušky prokazující objemovou stálost vedlejších produkt ů hutní výroby – normativní požadavky

Studený odval – nebyl vyjmenován v žádném z předpis ů, a proto nebyla ani stanovena zkouška ov ěření jeho objemové stálosti. P ři jeho certifikaci jako Um ělé kamenivo homogenizovaný materiál, štěrkodr ť B-0-125 se provedla zkouška rozpadavosti v autoklávu dle tehdy platné ČSN 72 1512. Avšak pro št ěrkodr ť třídy B nebyla v ČSN 72 1512 deklarována limitní hodnota) –viz tabulka 4 na stran ě 7).


6. Výsledky zkoušek


Výsledky dosud provedených zkoušek objemové stálosti vedlejších produkt ů z hutní výroby z násypu na dálnici D47 – zkoušky z let 2009-2011

Stani čení Popis materiálu

Materiál dlestavebního deníku

Rozpadavost v autoklávu

Rozpínavost Laborato ř Zpráva

150,330 studený odval

studený odval

1,5 VÚSH Kratochvíla (2009)


studený odval



studený odval

2,8 TZÚS dosud nepublikováno (2011)


studený odval



studený odval



studený odval

10,9 ZKK dosud nepublikováno (2009)


studený odval



studený odval



studený odval


150,580 struska šedá

aktivní zóna 0,4 VÚSH Kratochvíla (2009)

150,580 různorodý materiál charatkeru štěrku

studený odval



studený odval



studený odval



Výsledky zkoušek ocelá řské strusky z aktivní zóny odebrané z kontrolních sond provedených ŘSD ve dnech 14.-15.4.2012

Sonda KS2 (km 151.160), hl. 0.6-0.8 m – rozpadavost v autoklávu –0.9%Sonda KS2 (km 151.160), hl. 0.8-0.9 m – rozpadavost v autoklávu –0.5%Sonda KS1 (km 150.340), hl. 0.6-0.9 m – rozpadavost v autoklávu –1.5%


7. Závěry


Nejdůležit ější záv ěry

1. Druhotné suroviny jako alternativní zdroj surovin pro zemní práce budou i v budoucnu hrát podstatnou roli a jejich vý znam bude stoupat.

2. Příčinou objemových zm ěn a zdvih ů dálnice D47 byly objemov ě nestálé materiály. Dosud provedené zkoušky potvrzuj í objemovou nestálost studeného odvalu, který je velmi heteroge nním materiálem. Podíl ocelá řské strusky v aktivní zón ě na objemových změnách nebyl prokázán.

3. Uhelná hlušinová sypanina v násypu je objemov ě stálá.4. V kontrolních sondách provedených ŘSD ve dnech 14.-15.4.2012

nebyl zjišt ěn žádný odpad.


Nejdůležit ější záv ěry

Z dosavadní analýzy vyplývá, že zásadním pochybením bylo použití materiálu, se kterým nebyly žádné zkušenosti (stude ného odvalu) p ři budování zemních t ěles takového rozsahu jako je dálnice. Pozornost odpov ědných pracovník ů byla soust ředěna na ekologickou nezávadnost studeného odvalu a jeho zhutnitelnost. Nikoho nenapadlo, že objemová stálost prokázána zko uškou rozpadavosti v autoklávu p ři certifikaci se m ůže měnit v čase a v souvislosti s postupným odt ěžováním zásob studeného odvalu.

To, že se neprovád ěly zkoušky pro ov ěření objemové stálosti studeného odvalu v pr ůběhu výstavby a vlastn ě v celém období 2001-2008 (protože se jednalo o výrobek, nevyplývala pov innost jednozna čně ze žádného p ředpisu a nikdo kontrolní zkoušky nepožadoval), m ělo za následek nejen zvln ění dálnice D47, ale i další problémy se stavbami na Ostravsku, kde byl tento ma teriál použitý (Avion Shopping Park, Mountfield, OC Saller apod.).


Děkuji Vám za pozornost

© 2009 ARCADIS

Imagine the result

Date post:	17-Jun-2019
Category:	Documents
Upload:	phamquynh
View:	215 times
Download:	0 times

Co bobtná v dálnici: odpadky, stavební odpad, studený ... · Seminá ř “Fámy a fakta o...

Documents