univerza v ljubljani fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, jamova 2, ljubljana

Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova 2, Ljubljana

Sintetične sadre (gipsi)Sintetične sadre (gipsi)

Obnašanje pri zgoščanju in stabilnost na odlagališčih - slovenske izkušnje

doc.dr. Ana Petkovšek

Inženjerstvo okoliša 2012, Geotehnički fakultet Varaždin 9. in 10. 5.2012

VsebinaVsebina

1.1. Naravna/sintetična sadraNaravna/sintetična sadra

2.2. Fizikalne lastnosti sintetičnih saderFizikalne lastnosti sintetičnih sader

3.3. Kaj se dogaja v odlagališčih sadreKaj se dogaja v odlagališčih sadre

4.4. Raziskave v SlovenijiRaziskave v Sloveniji

5.5. ZaključkiZaključki

2

Naravna/sintetična sadraNaravna/sintetična sadra

Naravna sadra

Sadra (CaSO4 x 2H2O) v naravi pogost sulfatni mineral,

lahko nastopa skupaj z anhidritom (CaSO4) in drugimi solmi

Po nastanku:- sedimentnega izvora- vulkanskega izvora- produkt razpada sulfidnih

mineralov v karbonatih

Sintetična sadra

Po nastanku:

H2SO4 + H2O+CaCO3 CaSO4x2H2O + CO2 in/ali

H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4x2H2O

Dva glavna vira:− Energetski objekti: energetska

sadra, FGD gypsum − Industrija - kemična sadra:

fosforna, titanska, steklarska, uranska, organo (citronska, …)

Naravna sadra - odlično gradivoNaravna sadra - odlično gradivo

V naravi: prozoren kristal, drobno zrnat alabaster (Volterra), puščavska roža, v metrskih skladih ali mikronskih kristalih

Edinstvena lastnost

Velika uporaba: v gradbeništvu, kmetijstvu, medicini, filmu

http://www.google.si/search?q=selenit&hl=sl&rlz=1W1ADFA_enSI459

1

3 P- pirit, S- sadra

1

1

1

P

S

4

Sintetična sadra

Suspenzija/(slurry) Filtrski kolač (filter cake)

5

Nevezljiv (nekoheziven)

Vezljiv (koheziven), dvojna poroznost

Naravna sadra v geotehniki– Naravna sadra v geotehniki– potencialna nevarnostpotencialna nevarnost

− Nabrekanje (CaSO4 CaSO4 x 2H2O; Alonso et all, 2007)

− Sulfatni napad v betonu in stabiliziranih zemljinah− Progresivni razpad – deterioracija kamnin− Pokanje in nastajanje mehurjev v asfaltu− Druge škodljive reakcije zaradi izločanja sulfatov iz

porne vode (obloge v drenažnih in kanalizacijskih ceveh)

6

Veliko oblik sulfatnega “napada”Veliko oblik sulfatnega “napada”

Pirit in sadra, oligocenska glina, Ljubno- SLO

Etringit v betonu – predor Ljubno

7

Razpad flišnih kamnin –Slano blatoRazpad flišnih kamnin –Slano blato

“Spomladi 1786 se je od Čavna odtrgala velikanska gmota in zapolnila dolino z razpadlo kamnino, mineralizirano vodo in blatom …” (B. Haquet, 1789)

8

SO4:120-752 mg/lCl: 1,8 – 71 mg/l

Mehčanje kamnin, plaz Slano blatoMehčanje kamnin, plaz Slano blato

9

Sintetična sadra –uporaba

• Primesi: za zdravje ali okolje škodljive primesi (Pb, Sb, druge spojine, radionuklidi)

• Obarvanost

• Velike količine

• Visoka topnost v vodi (2 g/l); 20-30 g/kg ss (največja omejitev za zemeljska dela)

• Uravnoteženost povpraševanje – proizvodnja

• Dolgoročna politika spodbuja ali zavira

• Možnost odlaganja

• Zahteve zaščite okolja, ki določajo ceno

tla in pokrov,način ravnanja z izcednimi vodami, globalna varnost, klimatske razmere

10

Lahko enakovredno nadomesti naravno sadro. Toda:

Sintetične sadre v Sloveniji

Različne proizvodnje:– Titanska

– Uranska

– Fosforna

– Steklarska

– Organska

– Energetska

Trenutna proizvodnja:– Energetske s.– Titanove s.

Koristna raba:– Prodaja v cementarne

– Prodaja industriji gipsa

– Prodaja za kmetijstvo

– Zapolnjevanje jamskih p.

– STS tehnično soglasje (ZAG) za površinske zapolnitve

Leto Proizvodnja ton

1992 150 000

2002* 430 000

2007 700 000

11* Napoved IKROS (Gačeša, 1992): za leto 2000: 165 000 ton

Odlaganje sadre v Sloveniji

• Mokro odlaganje v akumulacije (končano 2008)

• Suho odlaganje na mono deponijah

• Skupno odlaganje energetske sadre z EF pepelom in žlindro

• Skupno odlaganje z drugimi odpadki (končano pred letom 2005)

12

Mokro odlaganje (1970 - 2008)

Najvišji nasuti zemeljski pregradigrajeni po načelu visokih pregrad

H = 41 m (Bukovžlak)H = 49 m (Za Travnikom)

13

“Suho” odlaganje

14

Suho odlaganje sadre z EFP

Eno prvih poskusnih polj EFP+sadra

Zemeljske pregrade, grajene z uporabo EF pepela in sadre

15

Fizikalne lastnosti sintetične sadre

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

0 10 20 30 40 50 60gravimetric water content w (%)

dry

den

sit

y

d (

kg

/m3)

Glass

FGD 1

FGD 2

Ti 1

Ti 2

Ti 3

P0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1grain size, D (mm)

Passin

g (

%)

FGDTiU 1U 2U 3U 4Glass

0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900(s1'+s

3')/2

(s1'

-s3'

)/2

stress paths

w: 7 -80 %Atterberg. m.: ni, nizko plastična: 34 – 400

k: 10-6 -10-9 m/swopt: 15-45 %dmax: 1,1 – 1,5 t/m3

D10: 0,01 – 0,001 mm16

Mikroskopski nivo: usmerjena zrna

Zemljina:Levo zgoraj: (kaolinit)-predor ŠentvidLevo spodaj: sivica

Sintetična sadra

17

Usmerjena rast - značilnost sadre

Energetska s. Titanska s. Steklarska s.

18

Značilnost zgoščenega stanja

Energetska sadra

Kamena moka

Peščena glina

19

Lastnosti / posledice

• Je slabo graduirana• Usmerjena rast zrn

• Prevladuje sulfat (SO42- ca

40 %)• Je topna, porne vode so

bogate s topnimi komponentami (sulfat, klorid…)

• Težavno določanje referenčne vlage itd.

• Počasna sedimentacija• Težavno zgoščanje• Nestabilna struktura

• Raztapljanje in rekristalizacija

• Spreminjanje fizikalnih lastnosti

• VARNOST

20

Počasna sedimentacijaPočasna sedimentacija

21

Posledice počasne sedimentacije

0

5

10

15

20

0 50 100 150 200 250 300

w (%)

glo

bin

a (m

)

S1 1983

S2 1983

S3 1983

Preoptimistični projektni podatki (1970 – 1976). Akumulacija se veliko hitreje polni kot je bilo s projektom predvideno

0

5

10

15

200,4 0,6 0,8 1 1,2

ρd (t/m3)

glo

bin

a (m

)

TRAVNIK-pod nasipom

TRAVNIK-z vrha jezera

S1 1983

S2 1983

S3 1983

22

Tiksotropija

Sveži kolačqu > 100 kPa

23

Tiksotropija: transport/vgradnja

Foto levo: Zmago Logar 24

Diageneza v deponiji (20 let kasneje)

1 – površina.

1

2 – globina 12 m

3 –globina ca19 m

4 - dno, sadra v filtrskem geosintetiku

25

Diageneza v deponiji (20 let kasneje)

Na 12 m

Soli Na, K, ClFe

Pri dnu

26

Varnost?

površina

Pri dnu

Fizikalne lastnosti se popolnoma spreminjajoPodzemna voda se dvigaObčutljivost na potres naraščaOdlagališča ni možno enostavno zapreti

27

Kaj smo se naučili

• Potrebne so multidisciplinarne raziskave– Geomehanske, dinamične, reološke– Mineraloške– Kemične/kemija pornih vod

• Dolgoročno opazovanje/vzdrževanje objektov po sanaciji

• Potrebno je graditi poskusne nasipe/ tehnološke preiskave v velikem merilu

28

Napredne raziskave v labu

Enostavni ciklični direktni strig

Testi na potresni mizi 29

Zapiranje odlagališč sadre – stabilnost “na dolgi rok”

14

2

5 – testiranje pokrova

30

Prehod iz mokrega na suho odlaganjePrehod iz mokrega na suho odlaganje

Obrat za ožemanje

Sesalni bager+ Življenjska doba+ Prostor+ VARNOST

- Vzdrževanje- Opazovanje

31

Suho odlaganje v bazen

Umetni priobalni pas in izkoriščanje Umetni priobalni pas in izkoriščanje tiksotropijetiksotropije

32

Visoki učinki suhega odlaganjaVisoki učinki suhega odlaganja

0

5

10

15

20

0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30

ρd (t/m3)

glo

bin

a (m

)

TRAVNIK -vrtina

TRAVNIK-pod nasipom

TRAVNIK-z vrha jezera

S1 1983

S2 1983

S3 1983

0

5

10

15

20

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

cu (kPa)

glob

ina

(m)

DMT

S1 1983

S2 1983

S3 1983

Suha gostota po globini, prej-potem Nedrenirana trdnost po globini33

Gradnja in učenje na poskusnih nasipih

34

Površina nekdanje gošče (>10m)

Poskusni nasip

Zaključek

• Konvencionalne geotehnične raziskave ne identificirajo pomembnih lastnosti/obnašanja kemične sadre

• Odločujoč je vpliv strukture in pornih vod – še ne znamo opisati s sedanjimi znanji

• Vpliv časovne komponente na dogajanja v nasipih iz sadre je drugačen kot v zemljinah

• Velik vpliv lokalnega okolja• Potrebne so nadaljnje raziskave in…

35

…izmenjava izkušenj

Hvala!