Nummer: v 59 Datum: Titel: Provvägsförsök Gärstad Slagger från kol- och sopförbränning. Lägesrapport

Transkript

1 VTInotat Nummer: v 59 Datum: Titel: Provvägsförsök Gärstad Slagger från kol- och sopförbränning. Lägesrapport Författare: Torbjörn Jacobsson och Peet Höbeda Avdelning: Projektnummer: Projektnamn: Uppdragsgivare: Distribution: fri / Vägavdelningen (Materialsektionen) Uppföljning av provvä.g med restprodukter från Gärstad, Linköping. Reforsk / SGI Statens väg- och trafikinstitut Pa: Linköping. Tel VTISGIS Besök: Olaus Magnus väg 37, Linköping

2 I N N E H Å L L S F Ö R T E C K N I N G SAMMANFATTNING 1 Inledning 2 Förprovning på laboratoriet 2.1 Provtagning 2.2 Karakterisering av undersökta material 2.3 Packningsegenskaper 2.4 Stabilitet enligt CBR- och SEB- provning 3 Beskrivning av prowägens byggande 3.1 Uppbyggnad 3.2 Utförande 3.3 Materialkontroller 4 Provningar efter vägens färdigställande 4.1 Fa11vikt smä tning 4.2 Jämnhetsmätning 4.3 Tjälgränsmätare och grundvattenrör 4.4 Besiktning 4.5 Fortsatt provning 5 Bedömning

3 1 1 INLEDNING Slagger från förbränningsanläggningar blir allt mer aktuella som vägmaterial, särskilt i regioner med brist på naturmaterial. För en storskalig användning krävs dock bättre kunskaper, dels om eventuella miljörisker, dels vägtekniska egenskaper. Undersökningen har initieras av Tekniska Verken i Linköping och utarbetats av en arbetsgrupp med representanter från Gatukontoret, Tekniska Verken, Länstyrelsen, Miljö o Hälsoskyddskontoret, Statens Geotekniska Institut, Vägverket och Väg- och Trafikinstitutet, samtliga Linköping, samt AB Vägmaskiner, Norrköping. Senare har prowägsundersökningen samordnats med SYSAV, Malmö, till ett gemensamt projekt slagganvändning - Teknik och Miljö. 2 FÖRPROVNING PÅ LABORATORIET 2.1 Provtagning VTI erhöll sommaren 1987 prov på slagg från sop- och kolförbränning som deponeras vid Linköpings soptipp. Provtagningen utfördes av personal från AB Vägmaskiner som även ansvarar för deponeringen av nämnda material vid Gärstads avfallsupplag. Ca 100 kg prov vardera av de båda slaggerna togs ur upplagen. 2.2 Karakterisering av undersökta material Kornstorleksfördelningen framgår av figur 1. Glödgningsförlusten för kolslagg bestämdes till 36.4 och för sopförbränningsslagg till 7.0 Z. Bestämningarna utfördes på material < 4.76 mm vid en temperatur av 950 grader C. En petrografisk" undersökning av sopförbränningsslaggen (förkortas ibland till sopslagg) redovisas i tabell 1.

4 2 2.3 Packningsegenskaper Materialens packningegenskaper har bestämts genom tung instampning (SIS ). Prov instampas vid olika vattenkvoter. Resultaten framgår av figur Stabilitet enligt CBR- och SEB- provning CBR-provningen har utförts enligt ASTM D1338 och är ett mått på materialets penetrationsmotstånd som främst beror på skjuvhållfastheteten hos provet. Provningen är utförd vid optimal vattenkvot och någon överlast har ej använts vid fösöket. SEB-provningen (Swedish Earth Bearing Method, VTI-metod) bestämmer materialets elasticitetsmodul vid statisk plattbelastning. Materialens E-modul har bestämts vid optimal vattenkvot, efter vattenmättning och efter en månads lagring. Provningarna är gjorda både utan och med överlast motsvarande 50 cm överbyggnad. Resultaten redovisas i tabell 2. 3 BESKRIVNING AV PROWÄGENS BYGGANDE 3.1 Uppbyggnad Provsträckorna är belägna på en tillfartsslinga från Ekängsvägen till reningsverket vid Nykvarn. Årsmedeldygnstrafiken (ÅDT) beräknas till ca 50 fordon/dygn med en fördelning mellan lätt och tung trafik 75/25. Prowägen består av 5 provsträckor a 30 meters längd och 5 meters bredd. Två sträckor innehåller kolslagg, två sopförbränningsslagg medan en sträcka (referens) har normal överbyggnad (grus). Provsträckornas uppbyggnad framgår av figur Utförande Redovisning görs av Vägmaskiner AB 3.3 Materialkontroller I samband med byggandet av provsträckorna togs prov på kol- och sopslagg före och efter utlastning och packning

5 3 på vägen. Avsikten var bl.a att studera eventuell nedkrossning av materialen. Prov togs även på bärlager och förstärkningslagergrus. Proverna analyserades på laboratoriet med avseende på kornstorleksfördelning, vattenkvot, glödgningsförlust, densitet, petrografi, packnings- och stabilitetsegenskaper dvs ungefär samma undersökningar som vid förprovningen. Nedkrossning vid utlastning och vältning framgår av figurerna 4 och 5 där kol- resp. sopslaggernas kornstorleksfördelning före och efter packning redovisas. Vattenkvot och kornstorleksfördelning på respektive sträcka redovisas i tabell 3. I figurerna 6 och 7 redovisas kornstorleksfördelningen på bärlager- resp förstärkningslager av grus. Glödgningsförlusten vid 950 grader C bestämdes för kolslaggen till 33.0 Z och för sopslaggen till 8.7 Z. Densitetsbestämningar enligt ASTM redovisas i tabell 4. "Petrografisk" undersökning av sopslaggen framgår av tabell 5. Packningskurvor erhållna enligt tung instampning redovisa i figurerna 8 och 9. CBR- och SEB-undersökningar framgår av tabell 6. CBR-provningarna är gjorda utan överlast medan SEB-provningarna är gjorda med och utan överlast motsvarande 35 cm överbyggnad. 4 PROVNINGAR EFTER VÄGENS FÄRDIGSTÄLLANDE 4.1 Fallviktsmätning Bärighetsmätning med fallvikt utfördes på provvägen den Mätningen gjordes med VTI:s 5 tons fallviktsdeflektometer (FWD) varvid deflektionen (nedsjunkningen) mättes dels i belastningscentrum, dels i en punkt 45 cm från centrum. Mätförfarandet möjliggör bestämning av dels vägens medelmodul (hela vägkonstruktionens bärighet), dels lagermoduler hos en tvåskiktskonstruktion. Resultatet av mätningarna framgår av tabell 7.

6 4 4.2 Jämnhetsmätning Jämnheten i vägens tvärled har mätts med Primalutrustning. Primalen är ett instrument som mäter vägytans profil och vars mätprincip bygger på laserteknink. En första mätning gjordes Resultaten redovisas i ett senare skede. 4.3 Tjälgränsmätare och grundvattenrör På sträckorna 1 (kolslagg), 4 (sopslagg) och 5 (referens) installerades tjälgränsmätare hösten Avläsningar görs var tionde dag under vintern. Ett grundvattenrör för bestämning av grundvattennivån under vägen placerades mitt på sträcka 3. Grundvattenröret når ner till 2.5 meter under vägytan. 4.4 Besiktning Sprick- och skadekarteringar avses att göras vår och höst. Vintern fanns inga skador att rapportera. 4.5 Fortsatt provning Se provprogram (bilaga 1). 5 BEDÖMNING Slagg från koleldning har en mycket hög glödgningsförlust, ca 36 Z. Det är poröst och får låg torr skrymdensitet efter packning (tung instampning). Materialet är inte vattenkänsligt. Slagg från sopförbränning har en glödgningsförlust på 7 Den "petrografiska" analysen visar att ca 25 Z järnskrot förekommer i materialet. Materialet från vägen har oväntat nog ingen optimal vattenhalt vid instampning. Torra skrymdensiteten ökar med vattenkvoten till vattenseparation vid ca 20 Z vatténkvot. Tidigare undersökt prov, taget ur upplag, visade en optimal vattenkvot på 10 Z. Detta material hade jämfört med vägprovet en kornstorleksfördelning med "sandpuckel" och lagrade sig härvid till lägre torr skrymdensitet vid tung instampning. Kolslaggen krossades avsevärt vid utläggning till skillnad från sopförbränningsslaggen. Krossningen är betydligt större än vid tidigare provning av kolslagg från Händelöverken i Norrköping, jfr VTI Notat 27.

7 5 Laboratorieprovningarna av CBR- och SEB- värde visade att vägproven av båda slaggerna gav något bättre värden än proven från förprovningen (den torra skrymdensiteten blev också något högre för vägproven i båda fallen). Kolslaggen visar ingen vattenkänslighet enligt de båda provningarna. Enligt CBR-provning är sopförbränningsslaggen (vägprov) inte vattenkänslig. Troligen har materialet inte vattenmättats vid normerad 4-dygnslagring. CBR-värdet för sopförbränningsslaggen är något högre än för referensmaterialet. Provet av det senare har inte räckt till för SEB-provning (nytt prov bör tagas från vägen). E-modulen för de båda slaggerna nedsätts dock vid vattenmättning enligt SEB-provning. Sopförbränningsslaggen erhåller kraftigt försämrad E-modul vid ökad vattenkvot. Värdena har stor spridning beroende på variationer i torr skrymdensitet. Ett prov har lagrats en månad för att konstatera förekomst av eventuell självbindning. Någon förhöjning av E-modulen och därmed självbindning har inte erhållits. Tidigare har det dock framkommit att självbindningen kan vara starkt beroende av vattenkvoten, och en sådan reaktion kan inte helt uteslutas. Enligt fallviktsmätningar på färdig vägkonstruktion har referenssträckan den högsta bärigheten. Skillnaderna är små mellan konstruktioner innehållande de två restprodukterna, trots skillnad i resultat från bärighetsprövning på laboratorium. Sopförbränningsslaggen har dock lagts ut vid en vattenkvot (18-20 som inte ligger långt ifrån vattenmättning enligt tung instampning, medan de första provningarna på laboratorium skett vid en vattenkvot på Som tidigare nämnts reduceras E-modulen vid SEB-försök starkt vid vattenmättning. Det förstyvande lagret av A-material i provsträckorna nr 2 och 3 återspeglas inte i förhöjda modulvärden. Filterlagret av sand i provsträckorna nr 3, 4 och 5 komplicerar även utvärderingen från bärighetssynpunkt. Senare mätningar (se program i bilaga 1) kommer förmodligen att ge besked om hur de olika materialen reagerar under trafikbelastningen.

8 6 Tabell 1 "Petrografi" på slagg från sopförbränning (förprovning). F R A K T I O N 2-4iran 4-5.6mm 5.6-8mm mm mm MEDEL % % % % % VÄRDE METALL(Magn.) 10.Q SLAGG GLAS KERAMIK PAPPER

9 7 Tabell 2a. SEB-bestämning på slagg (förprövning). Material Torr Vattenkvot Över n e SrE--modul Anm. skrymd. Mättat last g/cm~3 % % cm % % MPa Sopslagg _ ti - 50 ti il it 73 i i II - 50 i i i i i i 73 i i il II 23 i i i i i i II i i 50 il II il II II _ II II II 95 Imån lagring II II - i i i i il 111 i i 50 Kolslagg i i i i - 50 i i il il 39 i i II 43 _ i i II i i i i i i 50 i i il i i il i i it i i i i i i ii 45 lmån lagring 50 il i i II 54 i i Överlast=motsvarande överbyggnadstjocklek n=porositet e=portal Sr=vattenabsorption Tabell 2b. CBR-bestämning på slagg (förprovning). Material Torr Vatten skrymd. kvot n e Sr CBR 2.54mm 5.08mm g/cm''3 % % % % % Sopslagg Kolslagg

10 8 Tabell 3 Kornstorleksfördelning och vattenkvot på material från prowägen. Prov på förstärkningslager. Prov sträcka Nr Material Prov tagning Vatten kvot % Material < mm % Material > 16.0 mm % 1 Kolslagg Opackat Packat Kolslagg Opackat Packat Sopslagg Opackat Packat Sopslagg Opackat Packat Grus Opackat

11 9 Tabell 4. Densitetsbestäxnningar på slagg från prowägen. (Använda metoder: ASTM C ) Material Fraktion mm Korndens. g/cmä3 Kompaktdens. g/cma3 Vattenabsorption % Sopslagg > < Kolslagg > <

12 10 Tabell 5 "Petrografi" på sopförbränningsslagg från prowägen. 2-4irun VIKT-% 4-5.6mm VIKT-% F R A K T I O N 5.6-8mm mm VIKT-% VIKT-% mm VIKT-% MEDEL VÄRDE METALL(Magn.) SLAGG GLAS STEN KERAMIK PAPPER

13 11 Tabell 6a. SEB-bestämning på slagg från prowägen. Material Torr Vattenkvot över n e Sr E-modul skrymd. mättat last g/cma3 % % cm % % MPa Sopslagg it i - 35 il it it 135 ti it 15 1 II ii ti it ll 35 il il 68 > Kolslagg ti it - 35 il l ii il it it i 35 it 96 il ii ii ii it Över1ast=motsvarande överbyggnadstjocklek n=porositet e=portal Sr=vattenmättnadsgrad Tabell 6b. CBR-bestämning på material från prowägen. Material Torr skrymd. g/cmä3 Vattenkvot opti- lagrad mal 4dygn % % n % e Sr % CBR 2.54mm 5.08mm % % Sväll ning % Sopslagg _ Kolslagg (i i i Först.grus

14 12 Tabell ~J, Resultat av fallviktsmätning. Beräknade lagermoduler. LAGERMODUL P 1 Mpa R O V 2 Mpa S T R 3 Mpa Ä C K 4 Mpa A 5 Mpa El= BELÄGGN. + BÄRLAGER + EV. F-GRUS A E2= SLAGG + EV. SAND + UNDERGRUND El= SLAGG + ÖVRIGA LAGER E2= UNDERGRUND E= ÖVERBYGGNAD + UNDERGRUND (MEDELMODUL) P v ö v s V o x k o., i a 3 4 r ;r: - r ~f- * ; lir-k».-* Sf :,j. >- é>ä.r(< l Å r b ^ r f, / A f : Jr-u S A I c o ( " L e ö f $ 6 ^0-0-Sk.tX Yoyb- d f «LA ( r e f ) Stf.li.

15 13 Finsand Mellansand Grovsand Fingrus M ellangrus Grovgrus Mellansten Grovmo Mellansand Grovsand Fingrus Grovgrus Sten Passerande mängd, viktprocent 0, Kornstorlek, mm Figur 1. Kornstorleksfördelning på kolslagg resp. sopslagg.

16 14 Sopslogg KoMogg Torr Skrymdensitet.g/crrT3 Vattenkvot,vikt-% Figur 2. Packningskurvor pä sop- och kolslagg. (förprovningen)

17 Figur 3. Provsträckornas uppbyggnad. PRQVSTR. 1 0/ /162,5 PRQVSTR.2 0/102,5-0/132,5 TTTTTTT... 6 a 9 * * S* s^ s ca \t> s ca^sl sv PRQVSTR. B 0/072,5-0/102,5 in iiimiii m n m * i t* f i> T T T ttj it t «r*a 99»y i5 \ S S S ejc)b s b 5 o o Ä 'OO o o o o O n n oo PRQVSTR. 4 0/042,5-0/072,5 D O O X O O ^ C 'OO o OO 0O OOCU Of o o croo<- PR0VSTR.5 0/012,5-0/042,5 o ^ob~ö^ \ o 9? O O C 3o9o o o o o ooc o o <_n Nr Benämning M aterial cm Nr Benämning Material cm Nr Benämning Material cm Nr Benämning Material cm Nr Benämning Material cm 1 Slitlager 80 Mab 12T 3 2 Barlager 110 AG Bärlager Bärlagergr Först.lager Kolslagg 42 1 Slitlager 80Mab12T 3 2 Bärlager 110 AG Bärlager Bärlagergr 15 4 Förstlager Först.l.gr.:A 10 5 Först.lager Kolslagg 32 1 Slitlager 80Mab12T 3 2 Bärlager 110 AG Bärlager Bärlagergr 15 4 Först, lager Först.l.gr.:A 10 5 Först.lager Sopslagg 32 6 Sand 15 1 Slitlager 80Mab12T 3 2 Bärlager 110 AG Bärlager Bärlagergr Först.lager Sopslagg 42 5 Sand 15 1 Slitlager 80Mab12T 3 2 Bärlager 110 AG Bärlager Bärlagergr Först.lager Först. 1.gr.: A 42 5 Sand 15

18 16 Finsand Mellansand Grovsand Fingrus M ellangrus Grovgrus I Mellansten Grovmo Mellan sand Grovsand Fingrus Grovgrus Sten 0,06 0,2 0, Passerande manad, viktorocent 0,063 0,125 0,25 0,5 1, ,6 8 11, , Kornstorlek, mm Figur 4. Kornstorleksfördelning på kolslagg från provsträckorna 1 och 2. Prov tagna före och efter utlastning och packning av materialet.

19 17 Finsand Metlansand Grovsand Fingrus M ellangrus Grovgrus Mellansten Grovmo Mellansand Grovsand Fingrus Grovgrus Sten ,063 0,125 0,25 0,5 1, ,6 8 11, , Kornstorlek, mm Figur 5. Kornstorleksfördelning på sopslagg från provsträckorna 4 och 5. Prov tagna före och efter utlastning och packning av materialet.

20 18 Finsand Mellansand Grovsand Fingrus M ellangrus Grovgrus Mellansten Grovmo Mellansand GrovsQnd Fingrus Grovgrus Sten Passerande mängd, viktprocent 0, Kornstorlek, mm Figur 6. Kornstorleksfördelning på bärlagergrus.

21 19 Finsand Mellansand Grovsand Fingrus M ellangrus Grovgrus Mellansten Grovmo Mellansand Grovsand Fingrus G rovgrus Sten Passerande mängd, viktprocent 0, Kornstorlek, mm Figur 7. Kornstorleksfördelning på förstärkningslagergrus.

22 20 Sopriagg Kclslagg Q----- S " ^ V w H e n s e p. Torr Skrymdensitet,g/cmÄ3 1.5 V o M e h s e p. * K i Vöttenkvot.vikt-% Figur 8. Packningskurvor pä sop- och kolslagg frän provvägen.

23 21 Torr Skrymdensltet,g/cnrT3 Vattenkvot,vikt-% Figur 9. Packningskurva på förstärkningslager av grus (sträcka 5).

24 Bilaga 1 Sid 1 (2) YTI;S Ul M m o M i m A R V ID..QÄRSTADPRQW ÄQEN, 1 -La b,qrä.t.ori Q.iQ.rsäk> Karakterisering av restprodukterna genom analys av kornstor leksfördelning, glödgningsförlust mm, Packningskurvor samt stabilitet och styvhet genom CBRach SEB-försök (inledande försök har tidigare gjorts, undersökningen avslutas under vintern 83. t u n d i n g ^r* 2.1.KateriaLk,ontroller i samband med byggandet av provvägen och instrumentering med tjälgränsmätare och grundvattenståndrör. VTI skriver byggnadsrapport. 2.2.Undersökningar av färdig vägkonstruktion, Är 1987 Tvärprofilering. Bärighesmätningar. Tvarprofilering medhanns inte pga tidig tjälning men utförs så snäbbt som möjligt. Avläsningar av instrument, Är 1988, vår och höst. Tvärprofilering och bärighetsmätning med fallvikt. Skadekartering. Redovisning av mätresultat År 1989, vår och höst. Som föregående år. Redovisning av mätresultat. Uppstår vägskador kan specialundersökningar bli nödvändiga.

25 Bilaga 1 Sid 2 (2) KOSTNADER. Mom kkr Material 5 (tjälgränsmätare mm) Summa 75 kkr

26