Полезные свойства золы


Зола для огорода — чем полезна и вредна

В пепле сгоревших растений сохраняются все полезные минералы, которые были в них. Поэтому еще с давних времён остатки костра используют в качестве удобрения в огороде и саду. Такой способ питания грунта увеличивает качество, количество урожая, дополнительно избавляя грядки от сорняков и насекомых. Получить пользу от такого народного рецепта можно, зная, какой пепел лучше всего использовать и в каких количествах.

Что подходит в качестве удобрения

Не все продукты горения подойдут в качестве подкормки для растений. Крайне редко используют с этой целью золу от каменного угля, потому что она практически не содержит минералы. Категорически запрещено вносить в почву сожженные остатки крашеного дерева, а также другого бытового мусора. Любые химикаты, содержащиеся в пепле, попадут в грунт и только навредят культурам. Кстати, картон тоже не подходит, хотя выглядит весьма безвредно.

Каждая зола по-своему богата минералами. Так, наибольшее количество калия и кальция содержится в сожженых подсолнухе и гречихе. Чтобы насытить почву фосфором, нужно сжечь ржаную или пшеничную солому.

Из древесных пород наиболее богатый питательный состав у березы и ивы. Пепел молодых деревьев содержит больше микроэлементов, нежели старых, а лиственные дрова более питательны, чем хвойные.

Сожженная картофельная, морковная и свекольная ботва насытит растения минералами. Сгоревшим торфом тоже удобряют землю, но в нем содержится много извести, что опасно для кислых и слабокислых почв.

Ещё один способ питать растение — это сжигание костей. В этих продуктах горения содержится кальций, полезный для овощных культур.

Самый большой эффект при использовании золы наблюдается у малины, всех видах смородины, клубники. Также благодарно относятся к такой подкормке корнеплоды, особенно картофель. Урожай выходит богатый, а вредители его не портят.

Ещё любят золу виноград и цитрусы. Эти растения не переносят хлор, которого как раз и нет в сгоревших остатках, а в промышленных удобрениях он присутствует.

Польза от золы как удобрения

Если правильно использовать золу, то у неё практически отсутствуют недостатки. Основные преимущества такого удобрения в следующем:

  • Это натуральное удобрение, которое совершенно безопасно для людей и животных. К тому же, сженная трава абсолютно безвредна для растений, при условии, что сжигались только натуральные материалы без краски и других химикатов.
  • Содержит калий, кальций, магний, натрий и фосфор. Является натуральным щелочным удобрением.
  • Не содержит хлор, опасный для плодово-ягодных деревьев и кустарников. Поэтому вносить пепел можно во время посадки саженцев. Опытом огородников доказано, что так деревца лучше приживаются.
  • Зола — самое дешевое удобрение, на которое хозяину не нужно тратить ни копейки.
  • Эффективное средство в борьбе с насекомыми и грибковыми заболеваниями растений.
  • Действие подкормки наблюдается в течение двух лет после внесения.

Вред от употребления золы на огороде

  • Слишком много внесенной золы окисляет почву. Для большинства огородных культур больше всего подходит нейтральный или слабокислый грунт. После большого количества этого удобрения восстановить среду достаточно сложно.
  • Невозможно точно определить, сколько нужных элементов попадет в почву вместе с пеплом. Поэтому лучше всего использовать продукты горения в огороде вместе с другими производственными подкормками, чтобы наверняка насытить растения необходимыми микроэлементами.
  • Нельзя смешивать с аммиачными удобрениями. При соединении этих двух смесей произойдёт потеря азота, который просто улетучится. К тому же, образуется ударная доза аммиака, смертельно опасная для огородных культур.
  • Способствует развитию заболеваний у картофеля: парши и ризоктониоза.
  • Нельзя удобрять неокрепшую молодую рассаду, так как в золе содержится много солей, губительных для маленьких саженцев.
  • Редис, редька и репа при использовании остатков горения в качестве удобрения переходят в стадию образования семян. В народе такое явление именуется «пошла в стрелку». Поэтому к этим культурам применение золы недопустимо.

Как использовать

Данный метод питания огородных растений не подходит для щелочных и глинистых почв. Если кислотность грунта на участки превышает показатель 5,5 pH, то вносить сожженную органику в землю нельзя ни в коем случае.

Но и другим огородникам не стоит переусердствовать. Важно помнить, что воздействие пепла на грунт продолжается в течение двух лет.

При перекопке используют не больше 200 грамм на 1 квадратный метр грунта. Золу следует равномерно рассыпать, после чего перекапывать землю.

При посадке саженцев плодово-ягодных культур в лунку вносят 70 грамм пепла, что непосредственно помогает деревцу прижиться.

Можно использовать при высеивании корнеплодов, посыпая золу в лунку или бороздки. Но не превышать норму, указанную выше (200 гр. на 1 кв.м.).

Некоторые садоводы готовят зольный раствор. 150 грамм сожженных остатков залить ведром воды и настоять несколько часов. Перед поливом смесь нужно перемешать, чтобы нерастворимые частицы равномерно распределились по площади обработки. Полить настоем растения.

Отлично подходит использование сожженной органики для компостной кучи. Если каждый раз посыпать её сверху пеплом, то получатся наиболее благоприятные условия для микроорганизмов, перерабатывающих растительные остатки.

Чтобы защитить культуры от нашествия слизней и улиток, достаточно присыпать вокруг грядок золой. Она высасывает воду из органов этих беспозвоночных. Но вот только после промокания пепла этот эффект сразу улетучивается. Не рекомендуется проводить эту процедуру очень часто, иначе окисления грунта не избежать.

Хранить золу следует в сухом помещении. Самый опасный её враг — это влага, при попадании который улетучивается калий, важный микроэлемент для растений.

Чтобы не навредить своим грядкам и получить максимальный урожай, нужно правильно удобрять почву. Если выбор пал на золу, то следует отследить ее состав, что именно сожжено, а потом вносить в грунт только в правильном количестве. Тогда урожай порадует огородника, а овощи и ягоды будут вкусными и сочными.


 

Похожие материалы:

Свойства золы - Большая химическая энциклопедия

Озоление Ашфальтены Свойства золы Шлакование золы Asmatane Mst ASN As203 ... [Pg.75]

Печи для пылеугольного угля При проектировании и калибровке печей с ПК особое внимание следует уделять следующим свойствам золы и топлива ... [Pg.2383]

Озоление, извлечение серебра через переходник, 22 653 Температура плавления золы, уголь, 6 727, 781-782 Свойства золы, угля, 12 324 т Рекомендации по термическому комфорту ASHRAE Standard 55, 1 818... [Pg.74]

Сжижение угля, 6 765-766, 832-869 пересечение, 6 856-858 прямое, 6 833-858 косвенное, 6 858-867 использование пара, 23 239-240 Добыча угля, 6 744-745 Сопереработка угля и нефти, 6 833, 856-857 Петрография угля, 6 706-709 Петрология угля, 6 706 Уголь, зольность, 72 324т Трубопроводы угольного шлама, 6 748 Каменноугольная смола ... [Стр.192 ]

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) низкотемпературной золы угля применялась для определения минералогии угля и прогнозирования свойств золы при сжигании угля.Критически рассмотрены аналитические методы, обычно применяемые к минералогии угля. Обычный анализ спектров методом наименьших квадратов был использован для определения минералогии угля на основе сорока двух эталонных спектров минералов. Описанный метод имел несколько ограничений. Однако частичные методы наименьших квадратов и калибровка регрессии главных компонент с данными FTIR позволили прогнозировать все восемь температур плавления золы ASTM с точностью от 50 до 78 F и четыре основные концентрации оксидов элементов с точностью до 0.От 74 до 1,79 мас.% Золы ASTM (стандартные ошибки прогноза). Методы, основанные на факторном анализе, обладают значительным потенциалом для применения в минералогических и зольных свойствах. [Стр.44]

Таблица V. Регрессионные калибровки основных компонентов для выбранных свойств золы ...
Рис. 3. Результаты модели ПЦР для AI2O3 мас.% Окисленной золы (лучшая модель свойств золы).
Полученные калибровки действительны для значительного диапазона каждого свойства.При желании можно предсказать все эти свойства с помощью LTA для небольшой пробы угля. Эти результаты в основном показывают, что используемые методы могут моделировать другие свойства золы, которые более тесно связаны с поведением крупномасштабного горения. Это одна из областей, где желательно дальнейшее изучение. [Стр.58]

Чистое производство угля, несомненно, поможет сократить количество отходов сжигания, особенно если отходы возвращаются на место добычи угля. Некоторая зола, особенно летучая зола, находит полезное применение, но существуют возможности для инновационных исследований, направленных на улучшение использования продуктов сгорания угля.Например, изменение свойств золы для конкретных применений предлагает возможности для более широкого использования при условии, что адаптация может быть экономичной. [Pg.221]

Соренсен, Л., Х., Фьеллеруп, Дж., Хенриксен, У., Мойланен, А., Куркела, Э. Винтер, Э. (2000). Оценка реакционной способности полукокса и свойств золы при газификации биомассы. Основные процессы газификации биомассы. Конфиденциальный отчет по проекту. REAl / 3/2000, ReaTech. 91 с. + 3 приложения. [Pg.136]

Склонность углей к шлакованию и обрастанию сильно различается в зависимости от месторождения, но также различается внутри месторождения из-за сильно различающегося состава угля.Свойства золы настолько сложны, что оценка характеристик угля чрезвычайно затруднена. Работа углей в печах дополнительно осложняется процессами, которые контролируют осаждение на поверхностях теплопередачи в котлах. Основываясь на этих сложностях, мы не должны ни обманываться относительно возможности надежных оценок, ни отрицать возможность сделать полезную оценку производительности бурого угля в котлах. [Стр.396]

Нахождение важных параметров свойств золы, которые позволяют прогнозировать производительность.[Pg.397]

Формы серы Свойства золы Элементный анализ Минералогический анализ Анализ микроэлементов Плавкость золы ... [Pg.216]

Volcanoes.Usgs.Gov. Распространение свойств золы ветром [Online]. Доступно по адресу http //volcanoes.usgs.gov. [Pg.1461]


.

Зола-унос - Свойства, типы, механизм и использование

Зола-унос - это гетерогенный побочный продукт, образующийся в процессе сжигания угля, используемого на электростанциях. Это мелкий порошок серого цвета, имеющий сферические стекловидные частицы, поднимающиеся с дымовыми газами. Поскольку летучая зола содержит компоненты пуццолановых материалов, которые вместе с известью образуют цементные материалы. Таким образом, летучая зола используется в бетоне, шахтах, свалках и плотинах.

Химический состав летучей золы

Химический состав летучей золы зависит от типа используемого угля и методов, используемых для сжигания угля.

Таблица № 1: Химический состав летучей золы различных углей.

Компонент Битуминозный
Уголь
Полубитуминозный
Уголь
Бурый уголь
Уголь
SiO2 (%) 20-60 40-60 15-45
Al2O3 (%) 5-35 20-30 20-25
Fe2O3 (%) 10-40 4-10 4-15
CaO (%) 1-12 5-30 15-40
LOI (%) 0-15 0–3 0-5

Физические свойства золы-уноса

Физические свойства летучей золы:

1.Тонкость зольной пыли

Согласно ASTM тонкость зольной пыли должна проверяться как при сухом, так и при мокром просеивании. Образец летучей золы просеивают через сито 45 микрон и рассчитывают процент остатка на сите 45 микрон. Дополнительная тонкость также измеряется методами Лешателье и методом Blaine Specific
Surface.

2. Удельный вес золы-уноса

Удельный вес летучей золы варьируется от низкого значения 1,90 для полубитуминозной золы до высокого значения 2.96 для битумной золы с высоким содержанием железа.

3. Размер и форма золы-уноса

Поскольку зола - это очень мелкий материал, размер частиц составляет от 10 до 100 микрон. Форма золы-уноса обычно имеет сферическую стекловидную форму.

4. Цвет

Цвет летучей золы зависит от химических и минеральных компонентов. Содержание извести в золе-уносе дает коричневый и светлый цвет, тогда как коричневатый цвет придает присутствие железа. Цвет от темно-серого до черного обычно связан с повышенным содержанием несгоревшего содержимого.

Классификация летучей золы

Классификация летучей золы осуществляется по-разному в зависимости от используемых кодов. Их

1. Тип летучей золы согласно кодам IS (IS 3812-1981)

A. Сорт I

Зола-унос этого сорта получают из битуминозного угля с долей SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 более 70%.

B. Сорт II

Эта сорт летучей золы, полученной из бурого угля с долей SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 более 50%.

2. Тип летучей золы согласно Американскому обществу испытаний материалов (ASTM C618)

В зависимости от типа угля и результатов химического анализа ASTM классифицирует золу уноса на

A. Тип C

Зола-унос типа C образуется при сжигании лигнита или полубитуминозных углей, содержит более 10 процентов CaO и помимо пуццолановых свойств обладает вяжущими свойствами.

B. Тип F

Зола уноса типа F образуется при сжигании битуминозного или антрацитового угля, содержащего CaO менее 10 процентов и обладающего пуццолановыми свойствами.

3. Тип летучей золы в зависимости от работы котла

A. Низкотемпературная (LT) летучая зола

Производится при температуре горения ниже 900 ° C

B. Высокотемпературная зола

Вырабатывается при температуре сгорания ниже 1000 ° C

Механизм зольной пыли

Химия гидратации портландцемента такова, что около 50% портландцемента состоит из первичного минерального силиката трикальция, который при гидратации образует гидрат силиката кальция и гидроксид кальция.

Если у нас есть портландцемент, а летучая зола представляет собой пуццолан, он может быть представлен кремнеземом, поскольку некристаллическое кварцевое стекло является основным компонентом летучей золы. Кремнезем соединяется с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации портландцемента. Гидроксид кальция в гидратированном портландцементе никак не влияет на прочность, поэтому мы используем его с реактивным кремнеземом.

Медленно и постепенно он образует дополнительный гидрат силиката кальция, который является связующим, который заполняет пространство и придает нам непроницаемость и все большую силу.

Таблица № 2: Реакция гидратации портландцемента и зольной пыли портландцемента

Процесс гидратации Трикальций
Силикат
+ Вода r = Кальций
Силикат
Гидрат
+ Гидроксид кальция
Портландцемент C3S + H = C-S-H + CH
Портлендский цемент + летучая зола S
(кремнезем + зола)
+ CH = C-S-H

Сравнение требований к летучей золе в ASTM, EN и IS

Таблица № 3: Сравнение требований к летучей золе в ASTM, EN и IS

Недвижимость ASTM C-618 Ан-450 En-197-I En-3892-I IS 3812
2003- I
Sio2 минимум 35
Реактивный / растворимый SiO2, мин. 25 25 20
Sio2 + Al2O3 + Fi2O3 минимум 70 70
MgO, максимум 70
LOI (1 час) макс. 6 5-7 5-7 7 5
Щелочи суммарные, макс. 1.5 1,5
SO3, максимум 5 3 2 3
Свободный CaO, не более 1 1
Общее / реактивное CaO, не более 10 10 10
Тонкость, 45 микрон, максимальная 34 40 12 34
Тонкость помола по Блейнсу м2
/ кг мин.
320
Цемент 28 дней 75 75 80 80
Реакционная способность извести, Н / мм2 4,5
Прочность, Ле-Шателье, мм 10 10 10 10
Автоклав, процент 0.8 0,8

Использование летучей золы

Основные области применения летучей золы перечислены ниже,

  1. Используется при производстве портландцемента.
  2. Обычно используется для строительства насыпей.
  3. Используется как материал для стабилизации грунта.
  4. Летучая зола также используется в качестве компонента при производстве текучей заливки.
  5. Используется в качестве минерального наполнителя при укладке асфальтовых дорог для заполнения пустот.
  6. Летучая зола используется как компонент в геополимерах.
  7. Используется в бетонных плотинах с роликовым уплотнением.
  8. Используется при производстве кирпичей из зольной пыли
  9. Когда зола обрабатывается гидроксидом кремния, она действует как катализатор.

Подробнее: кирпичи из золы-уноса и сравнение с глиняным кирпичом - состав, производство

.

Влияние различных типов летучей золы на свойства асфальтобетонных смесей

В целях сохранения природных ресурсов все больше исследуется использование отходов и альтернативных материалов при строительстве и содержании дорог. В данной статье представлены результаты испытаний износостойких асфальтобетонных смесей (AC 11s SURF 50/70), изготовленных с различным процентным содержанием летучей золы, используемой в качестве частичной или полной замены минерального наполнителя. Свойства летучей золы были определены для оценки их пригодности для использования в асфальтовых смесях.Экспериментальные исследования проводились на образцах асфальта, содержащих летучую золу из трех различных источников с 25%, 50%, 75% и 100% заменой минерального наполнителя. Контрольная смесь была приготовлена ​​со 100% минеральным наполнителем. В статье представлены объемный состав, стабильность и текучесть асфальтобетонных смесей, испытанных на стандартных образцах Маршалла, чувствительность к воде и устойчивость к остаточной деформации. Результаты этого исследования показывают, что удовлетворительный объемный состав может быть достигнут путем добавления летучей золы, в то время как объемная плотность и пустоты в смеси минералов и асфальта обычно зависят от типа летучей золы и ее содержания.Стабильность и текучесть смесей с летучей золой выше, чем у контрольной смеси. Чувствительность к воде смесей с летучей золой обычно ниже по сравнению с контрольной смесью и зависит от типа и процентного содержания летучей золы. Устойчивость асфальтобетонных смесей к остаточной деформации зависит от типа и процента летучей золы. Результаты, полученные в этом исследовании, являются важным шагом на пути к более широкому внедрению летучей золы в асфальтобетонные смеси.

1. Введение

Строительство и содержание дорог требует большого количества высококачественных материалов.В целях сохранения природных ресурсов был проведен ряд исследований, подтверждающих применимость различных отходов и альтернативных материалов в бетонных и асфальтовых покрытиях, таких как стальной шлак, отходы резины, отходы полиэтилена, переработанный бетон и асфальтный заполнитель. как отходы строительства и сноса [1–6].

Одним из наиболее перспективных из этих материалов является летучая зола, побочный продукт сгорания угля, который образуется при производстве электроэнергии на тепловых электростанциях.Ежегодно в мире образуется почти один миллиард тонн летучей золы [7], и ее захоронение представляет собой серьезную экологическую проблему. Как материал с пуццолановой активностью, летучая зола широко используется в различных областях, таких как бетон, улучшение почвы и строительство дорог, а именно для насыпей, а также несвязанных и связанных подстилающих и опорных слоев [8–12].

Исследования возможности его применения в асфальтобетонных смесях начались примерно в середине прошлого века в рамках усилий по внесению вклада в устойчивую инженерию с целью получения смесей с удовлетворительными свойствами, снижения вредного воздействия захоронения и сохранения природных Ресурсы.Он усилился в последние несколько десятилетий и сосредоточился на двух подходах.

Один из подходов сосредоточен на использовании летучей золы в битумном растворе в качестве замены определенного количества битума [13] с целью улучшения его свойств, в основном устойчивости к остаточной деформации, жесткости, вязкости при высоких температурах и температурной чувствительности. [13–15].

Соболев и др. [13] изучали влияние летучей золы на реологические характеристики битума и мастики с использованием реометра динамического сдвига (DSR).Исследование включало два типа асфальтовых вяжущих и два типа летучей золы: класс C и класс F, как определено в стандарте ASTM C618 [16], который различает золу на основе общего содержания кремнезема, алюминия и оксида железа (SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ). Исследование микроструктуры битума с летучей золой с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) продемонстрировало эффект остановки трещин, вызванный частицами летучей золы при низких температурах.Исследование реологических характеристик мастик с использованием DSR подтвердило, что летучая зола может использоваться в качестве наполнителя битума, заменяя до 15% битума для повышения его устойчивости к остаточной деформации при высоких температурах. Наилучшее улучшение было достигнуто при добавлении 15% летучей золы класса F или 30% летучей золы класса C.

Sharma et al. [14] исследовали использование летучей золы с различным соотношением летучей золы к битуму (FA / B) в мастиках в диапазоне от 0,6 до 1,2. Авторы обнаружили, что температура размягчения, вязкость и комплексный модуль мастики увеличивались с увеличением содержания летучей золы, в то время как фазовый угол уменьшался, что указывает на улучшение сопротивления сдвигу с увеличением содержания летучей золы.Они также обнаружили, что мастики становятся менее чувствительными к соотношению FA / B с повышением температуры.

Являясь представителями первого подхода к использованию летучей золы в асфальтобетонных смесях, эти исследования делятся общими выводами относительно улучшения свойств мастик, возможного снижения содержания битума и, следовательно, снижения затрат и воздействия на окружающую среду.

Исследования, которые рассматривают применение летучей золы в асфальтобетонных смесях и относятся ко второму подходу, включали различные классы летучей золы с различным химическим составом и содержанием летучей золы в смеси.Основная цель этих исследований заключалась в определении оптимального количества замены минерального наполнителя, а также влияния летучей золы на объемный состав, оптимальное содержание битума, механические свойства и характеристики асфальтобетонных смесей [13, 14, 17–22] .

Sharma et al. [14] обнаружили, что оптимальное содержание битума (OBC) в асфальтовых смесях с летучей золой класса C в качестве наполнителя зависит от содержания наполнителя и пустот Ригдена. OBC уменьшается с увеличением содержания летучей золы. Мистри и Рой [21] пришли к аналогичному выводу для смеси плотного битумного щебня с летучей золой класса F.OBC немного снижается с увеличением содержания летучей золы до 6%, и что при добавлении до 4% летучей золы в плотную битумно-щебеночную асфальтовую смесь OBC можно снизить на 7,5% по сравнению с контрольной смесью с 2%. гашеной извести в качестве фильтра. Однако Androic et al. [20] показали увеличение содержания воздушных пустот для асфальтовых смесей летучей золы по сравнению со смесью с каменным наполнителем, что указывает на необходимость повышенного содержания битума в смесях с летучей золой.

Мистри и Рой [21] обнаружили, что до 4% летучей золы стабильность по Маршаллу была ниже для контрольной смеси с 2% гашеной извести.Стабильность по Маршаллу повышалась с содержанием летучей золы до 6% от летучей золы, а затем снижалась с увеличением содержания летучей золы. Androic et al. [20] пришли к аналогичному выводу, но получили самую высокую стабильность с 3% летучей золы. Однако Kar et al. [17] обнаружили, что стабильность асфальтобетонных смесей с летучей золой постоянно ниже по сравнению с контрольной смесью при содержании битума от 4% до 7%.

Likitlersuang и Chompoorat [18] обнаружили, что соотношение стабильности и текучести смесей с содержанием летучей золы от 1% до 5% было почти постоянным и сходным с контрольной смесью, что подтверждается результатами Mistry and Roy [ 21].

Соболев и др. [19] обнаружили, что асфальтовые смеси с летучей золой имеют более высокий модуль упругости по сравнению с традиционными смесями с каменной пылью, что является результатом повышенного комплексного модуля упругости асфальтовых мастик с летучей золой. Аналогичные результаты сообщаются Sharma et al. [14].

Sharma et al. [14] обнаружили, что прочность на непрямое растяжение (ITS) возрастала с увеличением содержания летучей золы для всех четырех типов летучей золы, которые были протестированы. Likitlersuang и Chompoorat [18] также получили небольшое увеличение ITS с увеличением содержания летучей золы при температурах 25 ° C и 55 ° C.Однако результаты Kar et al. [17] указывают, что асфальтобетонные смеси с летучей золой имеют несколько более низкую ИТС по сравнению с контрольной смесью. Sharma et al. [14] также обнаружили, что горизонтальная деформация растяжения при разрушении была наибольшей для смесей с 7% летучей золы и что летучая зола с высоким содержанием CaO показала самые большие деформации, что указывает на более высокую устойчивость к низкотемпературному растрескиванию.

Коэффициент непрямого сопротивления растяжению (ITSR) является общим параметром, используемым для оценки чувствительности асфальтобетонных смесей к влаге и представляет собой соотношение ITS образцов, кондиционированных в воде, и сухих образцов.В качестве альтернативы, в индийских спецификациях [22] используется остаточная стабильность (RS) в качестве меры чувствительности асфальтобетонных смесей к влаге. Sharma et al. [14] обнаружили, что как ITSR, так и RS асфальтовых смесей летучей золы были равны или превышали соответствующие значения традиционных асфальтовых смесей с каменным наполнителем. Оба соотношения уменьшались с увеличением содержания летучей золы. Наибольшее улучшение влагостойкости было получено с летучей золой с наибольшим содержанием CaO. Это подтверждается Likitlersuang и Chompoorat [18], которые также обнаружили увеличение ITSR для смесей с летучей золой.Однако Kar et al. [17] обнаружили, что RS для смесей с летучей золой немного ниже для обычных смесей с каменным наполнителем, но также удовлетворяет требованиям согласно спецификациям [22].

Sharma et al. [14] - единственная справочная информация о сопротивлении остаточной деформации асфальтобетонных смесей с летучей золой, полученная с помощью испытания на статическую ползучесть. Авторы обнаружили, что смеси с золой-уносом обладают благоприятной устойчивостью к колейности по сравнению со смесью с каменным наполнителем. Однако испытание проводилось при относительно низкой температуре 30 ° C, которая не является полностью репрезентативной для устойчивости к колейности, а испытание на статическую ползучесть уступает имитационным испытаниям, доступным в настоящее время, таким как испытание слежения за колесом.

На основании обзора литературы можно сделать вывод, что добавление летучей золы к асфальтовым смесям может привести к улучшению свойств смеси и производительности. Однако результаты предыдущих исследований очень часто противоречат друг другу, что позволяет сделать вывод о том, что достоверность некоторых из представленных результатов может быть ограничена конкретным типом золы, использованной в этих исследованиях.

Целью исследования, представленного в этой статье, было изучение влияния трех зол-уносов со значительно различающимся химическим составом на свойства асфальтобетонных смесей, чтобы получить более общий вывод о возможности использования золы-уноса в асфальтобетонных смесях.Кроме того, целью было оценить влияние различных процентных долей замещения минерального наполнителя, от 25% до полного замещения, на свойства и характеристики асфальтобетонных смесей, включая объемный состав и сопротивление воде и остаточной деформации.

2. Материалы и методы

В этом исследовании в качестве контрольной смеси использовалась асфальтобетонная смесь для износостойкого слоя с максимальным размером заполнителя 11 мм (AC 11s SURF 50/70). Смесь была изготовлена ​​из кварц-латитового каменного заполнителя (Карьер «Штитарица», Мойковац, Черногория) фракций 0/4, 4/8 и 8/11 мм, известнякового минерального наполнителя производства компании «Шишкович», Подгорица. , Черногория, и дорожный битум В 50/70 (НПЗ «Панчево», Сербия).Кроме того, в качестве частичной или полной замены минерального наполнителя использовалась летучая зола с трех тепловых электростанций (ТЭС) в регионе: ТЭС «Плевля» -Плевля, Черногория; ТЭС «Гацко» -Гацко, Босния и Герцеговина; и ТЭС «Косово B» -Приштина, Косово (это обозначение без ущерба для позиций по статусу и соответствует Резолюции СБ ООН 1244/1999 и заключению Международного суда по декларации независимости Косово), обозначается как летучая зола «P» (от ТЭС «Плевля»), «Г» (от ТЭС «Гацко») и «К» (от ТЭС «Косово Б»).

2.1. Летучая зола

Для определения свойств отобранной летучей золы и оценки их пригодности для использования в асфальтобетонных смесях была проведена обширная программа испытаний (Таблица 1) для проверки химических, физических и механических свойств летучей золы, а также а также их влияние на окружающую среду. Проверенные механические и физические свойства включали тесты, обычно используемые для минеральных наполнителей в асфальтовых смесях. Для оценки потенциального негативного воздействия на окружающую среду использования летучей золы были проведены испытания на присутствие тяжелых металлов, радиоактивности и выщелачивания.


Механические свойства / метод Плотность
EN 1097-7
Пустоты в сухом уплотненном наполнителе (летучая зола)
EN 1097-4
Увеличение кольца и точка размягчения шаров
EN 13179-1
Номер битума
EN 13179-2
Химический состав / метод Na 2 O, MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 , SO 3 , K 2 O, CaO, TiO 2 , Fe 2 O 3 , Gd 2 O 3 , R
Метод SEM
Экологическая пригодность / метод Наличие тяжелых металлов
EN 13656; АМА-12; EN 12457-4
Радиоактивность
Гамма-спектрометрический анализ
Испытание на выщелачивание
EN 12457-4, EN 12506, EN 13370, EPA 2007
Содержание органических веществ / метод Потери по воспламенению-LOI
EN 12879
Минеральные свойства / метод Определение содержания аморфной и кристаллической фаз
Физические свойства Цвет, форма, и размер частиц, текстура поверхности
Метод SEM
Градация
EN 933-10

В таблице 2 показана классификация отобранной летучей золы в соответствии с их химический состав, а в таблицах 3 и 4 представлены результаты d механические свойства золы, которые важны для оценки пригодности их использования в асфальтовых смесях.

K

Зола уноса Химический состав (%) Классификация
SiO 2 CaO SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ASTM C 618 Горный институт Белграда Классификация pH

P 42,83 21.08 69,78∼70 F Силикат кальция Алюмосиликат, пуццолановый активный
G 6,04 74,44 13,85 50 / Кальций Щелочной
16,91 45,98 26,15 50 / Силикат кальция Высокое содержание сульфата, сильнощелочная реакция, отсутствие пуццолановых свойств


Свойство Происхождение летучей золы Минеральный наполнитель
P G K

Цвет Серый Бледно-желтый Темно-желтый Белый
Форма частиц Преимущественно сферическая Комбинированные сферические и неправильные Комбинированные сферические и неправильные Угловые и призматические
Текстура поверхности В основном гладкая В основном шероховатая В основном шероховатая В основном грубая


Свойство Метод Мин.наполнитель Шишкович Зола уноса
P G K

Гранулометрический состав (проходящие через отверстие сита, мм) (%) 0,063 EN 933-10 80,8 42 44 75
0,09 90,2 57 67 80
0,125 92,8 70 89 84
0 .25 99,6 74 91 86
0,71 100 84 94 92
2,0 100 100 100
Плотность частиц (мг / м 3 ) EN 1097-7 2,711 2,272 2,966 2,821
Пустоты в сухом уплотненном минеральном наполнителе (%) EN 1097-4 31 .5 46 59 55
Повышение температуры размягчения (тест ΔR & B) (° C) EN 13179-1 10,3 17,0 28,8 38,6
Битум количество (BN) (мл) EN 13179-2 21 45 27 46

Летучая зола P представляет собой алюмосиликатную золу класса F. активен, рекомендуя его для использования в цементной промышленности.Значительный процент CaO (21,08%), необычный для летучей золы класса F, также делает ее пригодной для использования в асфальтовых смесях. Гладкая текстура и сферическая форма частиц делают его пригодным для заливки [23], но силикатный компонент придает ему гидрофильность, то есть более слабое сродство с битумом. Кроме того, эта зола-унос имеет более крупную фракцию по сравнению со стандартным минеральным наполнителем.

Высокая доля CaO в золе-уносе G (74,44%) и несколько меньшая в золе-уносе K (45,98%) рекомендуют их для использования в асфальтовых смесях из-за улучшенной адгезии заполнителя и битумного вяжущего, что положительно влияет на стабильность смеси.Однако летучая зола G и K не соответствует требованиям ASTM C 618-19 [16] для класса C с точки зрения минимального содержания SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 50%. Летучая зола G - это щелочная летучая зола с высоким содержанием CaO, в то время как летучая зола K имеет высокое содержание сульфатов и является сильно щелочной летучей золой без пуццолановых свойств.

Все три летучей золы соответствуют требованиям соответствующих стандартов, касающихся экологической пригодности, представленных в таблице 1.

Чтобы определить пригодность летучей золы для использования в асфальтовых смесях, на образцах летучей золы были проведены следующие испытания (Таблица 4): (i) Гранулометрический состав (ii) Плотность частиц (iii) Пустоты в сухом уплотненном наполнителе / ​​мухе зола (пустоты Ригдена), которые указывают на способность наполнителя / летучей золы удерживать битум (iv) Повышение температуры размягчения, определяющее степень жесткости смеси минерального наполнителя / летучей золы и битума (ΔR & B) (v) Битум число (BN), которое представляет кажущуюся вязкость смеси минерального наполнителя / золы-уноса и воды

Пустоты в сухом уплотненном минеральном наполнителе обычно находятся в диапазоне 28–45%, в то время как для известнякового наполнителя этот диапазон уже, 30–34% [24].Все три зольной пыли имеют более высокий процент пустот Ригдена, чем минеральный наполнитель. Содержание пустот в летучей золе P немного выше, чем верхний предел для пустот в минеральном наполнителе, в то время как летучая зола K и G имеет значительно более высокое содержание пустот (55% и 59% соответственно), что не является необычным для летучей золы [25] , что указывает на более высокую абсорбцию масляных компонентов из битума, что увеличивает жесткость мастики и может отрицательно повлиять на свойства и старение битума и битумной смеси [26].

Повышение температуры размягчения кольца и шара (ΔR & B) указывает на увеличение жесткости битума 70/100, к которой добавлено 37,5% (об. / Об.) Определенного наполнителя. Минеральные наполнители имеют повышение температуры размягчения от 8 ° C до 25 ° C, с наиболее распространенным значением 15 ° C.

Увеличение ΔR & B для летучей золы P является наименьшим и находится в пределах диапазона, в то время как ΔR & B летучей золы G немного выше верхнего предела, а ΔR & B летучей золы K значительно выходит за пределы диапазона ΔR&B для минерального наполнителя.Это означает, что летучая зола Р вызывает наименьшее увеличение жесткости мастики (битума) по сравнению с двумя другими летучими золами, что способствует долговечности асфальтовых смесей и их устойчивости к растрескиванию.

BN указывает количество воды, которое необходимо добавить к летучей золе для достижения кажущейся вязкости, достаточной для производства асфальтовых смесей. Летучая зола G имеет BN, подобный минеральному наполнителю, из-за высокого содержания CaO, в то время как у других двух летучей золы BN значительно выше.

2.2. Минеральный наполнитель

Минеральный наполнитель, используемый в этом исследовании, представляет собой стандартный материал, используемый для наполнителей в асфальтовых смесях в этом регионе. Свойства минерального наполнителя показаны в таблице 4. На рисунке 1 показано унифицированное гранулометрическое распределение минерального наполнителя и трех образцов летучей золы.


Летучая зола G полностью удовлетворяет требованиям стандарта EN 13043 по гранулометрическому составу минерального наполнителя, в то время как летучая зола P и K имеет значительно более крупный гранулометрический состав.

2.3. Каменный агрегат

В данном исследовании использовался щебень из кварц-латитового камня. Гранулометрический состав и физические свойства фракций каменного заполнителя показаны на Рисунке 2 и Таблице 5 соответственно.



Свойство Метод Доля каменного заполнителя (мм)
0/4 4/8 8/11
Значение Критерий Значение Критерий Значение Критерий

Содержание частиц меньше 0.09 мм (%) EN 933-1 11 Макс 10 0 Макс 1 0 Макс 1
Метод пикнометра плотности (мг / м 3 ) EN 1097-6 2,730 - - - - -
Метод корзины с плотностью проволоки (мг / м 3 ) EN 1097-6 - - 2,724 - 2.719 -
Эквивалент песка (%) EN 933-8 65,4 мин 60 - - - -
Модуль дисперсности SRPS U.E4 .014 2,64 1,95–3,00 - - - -
Водопоглощение (%) EN 1097-6 - - 0,6 Макс 1,6 - -

2.4. Битум

Основные свойства битума B 50/70, использованного в данном исследовании, показаны в Таблице 6.


Свойство Метод Значение

Пенетрация при 25 ° C (0,01 мм) EN 1426 61
Температура размягчения кольца и шарика (° C) EN 1427 50,1
Индекс пенетрации EN 12591 -A –0.1
Относительная плотность EN 15326 1.011

2.5. Асфальтовые смеси

Были испытаны одна контрольная смесь (только с минеральным наполнителем) и 12 смесей с частичной или полной заменой минерального наполнителя летучей золой. Минеральный наполнитель участвовал в общей матрице заполнителя с 4%. Замена минерального наполнителя летучей золой составила 25%, 50%, 75% и 100%, что составляет 1%, 2%, 3% и 4% совокупной матрицы.Коды смесей, использованных в этом исследовании, приведены в таблице 7, а процент замены обозначен нижним индексом. В таблице 7 также представлен материальный состав смесей.


Группы смесей Контрольная смесь Группа P Группа G Группа K
Код смеси CM P 25 P 50 P 75 P 100 G 25 G 50 G 75 G 100 K 25 K 50 K 75 K 100
Материал компонента Массовая доля материала (%)

Минеральный наполнитель 3.78 2,83 1,89 0,94 - 2,83 1,89 0,94 - 2,83 1,89 0,94 -
Зола уноса «P» - 0,94 1,89 2,83 3,78 - - - - - - - -
Зола уноса «G» - - - - - 0.94 1,89 2,83 3,78 - - - -
Зола уноса «K» - - - - - - - - - 0,94 1,89 2,83 3,78
Каменный агрегат 0/4 мм 47,20
Каменный агрегат 4/8 мм 21,71
Каменный щебень 8/11 мм 21.71
Битум B 50/70 5,60

OBC 5,6% для контрольной смеси AC 11s был определен с использованием метода Маршалла (EN 12697-34) [28 ]. Затем тот же OBC был применен для смесей с летучей золой.

Для всех приготовленных смесей объемный состав и физико-механические свойства были определены с применением методов, приведенных в таблице 8.


Свойство асфальтовой смеси Метод

Плотность образца асфальта (мг / м 3 ) EN 12697-6-процедура B
Максимальная плотность асфальтовой смеси (мг / м 3 ) EN 12697-5-процедура C
Пустоты в образце асфальта (%) EN 12697-8
Пустоты в минеральной смеси (%)
Стабильность (кН) EN 12697-34
Поток (мм)

Чувствительность к воде была испытана в соответствии с EN 12697-12A [29] и выражена соотношение (ITSR) ITS образцов по Маршаллу, уплотненных 2 × 35 ударами и погруженных в воду на 70 ч при 40 ° C, и ITS сухих образцов.

Испытания на устойчивость к остаточной деформации асфальтобетонных смесей проводились на небольшом устройстве на воздухе при температуре 60 ° C после 10 000 циклов (20 000 проходов) в соответствии с процедурой B стандарта EN 12697-22 [30 ]. Для всех 13 смесей были испытаны по две плиты размером 320 × 260 × 50 мм для каждой смеси. Для моделирования полевых условий перед уплотнением плит асфальтобетонные смеси выдерживали при температуре 135 ° C в течение 4 часов.

3. Результаты и обсуждение

В этом разделе представлены результаты экспериментальных испытаний, проведенных в данном исследовании, а именно: объемный состав, стабильность и текучесть асфальтовых смесей, водонепроницаемость и сопротивление остаточной деформации.Впоследствии результаты подробно обсуждаются для каждого экспериментального теста.

Принимая во внимание объем и цель экспериментальной программы, обсуждение результатов включает описательный сравнительный анализ с целью оценки влияния различных процентных содержаний летучей золы и летучей золы на свойства асфальтобетонных смесей. Такое обсуждение предлагает первый шаг и эмпирическую основу для дальнейших, более подробных экспериментов и анализов.

3.1. Объемный состав, стабильность и поток асфальтобетонных смесей

Объемные свойства, стабильность и текучесть асфальтовых смесей с летучей золой и контрольной смеси с каменным наполнителем представлены в таблице 9.


Смесь Воздушные пустоты (%) Пустоты в минеральном заполнителе (%) Пустоты, заполненные битумом (%) Насыпная плотность (кг / м 3 ) Кажущаяся (максимальная) плотность (кг / м 3 ) Стабильность (кН) Расход (мм) Соотношение стабильности / расхода (кН / мм)

Контрольная смесь 4,7 17.9 73,7 2371 2488 10,2 4,2 2,4
P 25 5,5 18,6 70,1 2346 2484 11,3 3,4
P 50 6,7 19,6 65,7 2313 2480 10,0 3,4 2,9
P 75 7.1 19,9 64,3 2300 2476 11,8 3,3 3,6
P 100 7,7 20,4 62,1 2280 2471 11,2 2,5 4,5
G 25 4,6 17,8 74,3 2376 2490 11,5 3,8 3,0
G 50 4.4 17,6 75,0 2382 2492 10,7 3,7 2,9
G 75 4,6 17,8 74,4 2380 2494 11,0 3,5 3,1
G 100 4,4 17,7 75,0 2385 2495 11,3 3,7 3,1
K 25 5.2 18,3 71,7 2360 2489 11,1 3,5 3,2
K 50 5,0 18,2 72,2 2364 2490 10,4 3,6 2,9
K 75 5,7 18,8 69,5 2348 2490 11,0 3,2 3,4
K 100 6.0 19,0 68,3 2341 2491 9,8 3,3 3,0
Спецификация 3,0–6,5 Н / Д 65–77 Н / A Н / Д Н / Д

Кажущаяся и насыпная плотность смесей с летучей золой зависит от плотности и содержания летучей золы. Кажущаяся и насыпная плотность смесей P уменьшалась с увеличением содержания золы-уноса, в основном из-за существенно более низкой плотности золы P по сравнению с двумя другими золами-уносом и минеральным наполнителем.Напротив, кажущаяся и объемная плотность смесей G увеличивалась с увеличением содержания летучей золы, тогда как для образцов K была обнаружена противоположная тенденция. Результаты для смесей K можно объяснить эффектом жесткости летучей золы K на битумные мастики и ее самым высоким значением ΔR & B (Таблица 4).

Пустоты в минеральном заполнителе (VMA) во всех смесях G имеют по существу одинаковую величину в пределах диапазона контрольной смеси. VMA для смесей P и K выше, чем для контрольной смеси, и для обеих групп существует постоянная тенденция к увеличению процента замены, более выраженная для смесей P из-за их более грубой градации.Воздушные пустоты в смесях P, G и K следуют той же тенденции внутри группы, что и VMA. Все смеси G и K соответствуют требованиям к воздушным пустотам (менее 6,5%). Однако все смеси P, кроме P 25 , имеют воздушные пустоты выше указанного верхнего предела. Смесь P 100 имеет самые большие пустоты в асфальтовой смеси, почти на 64% больше, чем у контрольной смеси.

Добавление летучей золы улучшает стабильность асфальтобетонных смесей до 16% (смесь P 75 ). Единственным исключением являются смесь K 100 , которая имеет самую низкую стабильность из всех испытанных смесей (на 4% ниже, чем контрольная смесь), и смесь P 50 , для которой стабильность равна контрольной смеси.Расход всех смесей с летучей золой меньше для контрольной смеси, при этом группа P имеет самые низкие значения. Смесь P 100 имеет наименьшую деформацию потока, на 40% меньше, чем контрольная смесь. Смеси G и K имеют сбалансированные значения внутри группы, обычно на 16,7% ниже, чем контрольная смесь.

Более высокая стабильность и более низкая текучесть почти всех смесей с летучей золой является результатом эффекта жесткости, который летучая зола оказывает на мастику и смесь по сравнению с минеральным наполнителем.Эффект становится более выраженным при более высоких температурах, поэтому рекомендуется использовать летучую золу в более теплом климате. Повышение стабильности и уменьшение потока согласуется с выводами Androic [20] и elik [27], но противоречит выводам Kar et al. [17], которые получили уменьшение устойчивости по Маршаллу и увеличение потока.

3.2. Водонепроницаемость

Тест ITS полезен для оценки устойчивости асфальтовых слоев к растрескиванию, а также чувствительности смесей к повреждению от влаги.ITSR определяется в соответствии с EN 12697-12A [29] как отношение ITS образцов в водонасыщенном состоянии и образцов в сухом состоянии и используется в этом исследовании для оценки чувствительности к влаге всех смесей. Полученные значения ITS и ITSR показаны в таблице 10. Следует отметить, что представленные значения представляют собой средние значения трех измерений с очень низким разбросом результатов (коэффициент вариации был ниже 5% для всех смесей).

900 74,3

Группы смесей Контрольная смесь Группа P Группа G Группа K

Код смеси CM P 25 P 50 P 75 P 100 G 25 G 50 G 75 G 100 K 25 K 50 K 75 K 100
ЕГО (МПа) 1.07 1,14 1,11 1,17 1,09 1,15 1,11 0,99 1,01 1,00 1,03 0,96 0,97
ITSR (%) 72,4 76,7 75,8 77,0 78,5 82,5 81,8 82,2 74,9 69,4 64,6 65,1

зольность асфальтобетонных смесей зависит от типа и содержания летучей золы.ITS всех смесей P постоянно выше, чем контрольная смесь (до 9,3%), в то время как для всех смесей K ITS ниже, чем контрольная смесь (до 10,3%). Для смесей G наблюдается тенденция к снижению с увеличением содержания летучей золы, и для содержания ниже 50% ITS выше, чем для контрольной смеси, тогда как для более высоких процентных долей замещения он ниже. Это существенное различие в результатах ITS может быть связано с химическим составом летучей золы и их повышающим жесткость действием на асфальтобетонные смеси, которое можно оценить на основе значений ΔR & B.Наблюдаемые тенденции четко видны на Рисунке 3, где показаны зависимости ITS от процентного содержания летучей золы. Сплошная линия представляет значение контрольной смеси, а синяя, красная и зеленая пунктирные линии представляют отношения линейной регрессии для смесей P, G и K соответственно.


Зола уноса K составляет преимущественно

.

Геотехнические свойства композитного мелкозернистого грунта на основе древесной золы

В Бангладеш наблюдается широкое использование древесины в качестве твердой биомассы для производства тепла и электроэнергии, что привело к увеличению количества остатков сгорания, известных как ясень. Этот пепел выбрасывается и сбрасывается здесь и там, что приводит к загрязнению окружающей среды. С этим можно справиться, используя древесную золу в качестве стабилизатора мягкой глины. Обнаружено улучшение инженерных свойств существующего грунта в стабилизированных формах, в частности прочности на неограниченное сжатие (UCS), параметров прочности на сдвиг, удобоукладываемости, а также характеристик уплотнения и сжимаемости.Поэтому лабораторные испытания, связанные с этими свойствами, были выполнены для некоторого выбранного процентного содержания древесной золы, например, 0%, 5%, 7,5%, 10% и 12,5%. Химическое исследование древесной золы показывает, что она содержит около 30% CaO, что делает ее похожей на пуццолановый материал. Кроме того, результат теста показывает, что почву можно сделать легче за счет увеличения влажности, прочности и снижения сжимаемости за счет добавления зольности.

1.Введение

В последние десятилетия наблюдаются некоторые трудности при строительстве фундаментов на мягкой глине. Эти почвы считаются проблемными, поскольку они имеют высокую сжимаемость и низкую прочность на сдвиг. Они также могут иметь тенденцию набухать и сжиматься. Одним из показателей для мягкого грунта является сопротивление недренированному сдвигу менее 40 кПа [1]. Эти почвы обладают более высокой прочностью в сухом состоянии и теряют свою прочность при повышении влажности.Эти типы дисперсных почв также очень подвержены эрозии [2]. Следовательно, эти почвы не подходят для строительства на них инфраструктуры, так как они имеют высокий риск оседания. Более того, доступная земля для строительства очень ограничена. Следовательно, для инженера-основателя стало сложной задачей спроектировать и построить фундамент на таком мягком грунте. Для улучшения инженерных свойств таких грунтов используются различные методы, такие как стабилизация, цементация, удаление и замена, удаление и повторное уплотнение, предварительная нагрузка, виброфлотация, каменные колонны, а также динамическое уплотнение и армирование с использованием геосинтетических материалов [3–8].Эти методы улучшают физические и химические свойства почвы таким образом, что она становится однородной; следовательно, прочность увеличивается, а деформируемость и проницаемость снижаются. Хотя методы уплотнения и уплотнения очень хорошо работают для гранулированного грунта, для уплотнения грунта требуется много времени (от месяцев до лет), особенно со связным грунтом [9]. Более того, в случае высокоорганического мягкого грунта невозможно улучшить геотехнические свойства почвы с помощью этих методов.Методы замены могут быть возможным решением для органического грунта, когда органический грунт на достаточную глубину заменяется зернистым грунтом, таким как песок и щебень, или предварительная нагрузка для улучшения инженерных свойств [10]. Химическая стабилизация является альтернативным недорогим решением, при котором стабилизирующие агенты, такие как цемент, известь, летучая зола и другие связующие, быстро стабилизируют органический грунт за счет химических реакций [11–13].


Свойства Грунт

Предел жидкости (%) 46
Индекс пластичности (%) 19
Specific гравитация 2.71
OMC (%) 22
MDD (кг / м 3 ) 1550
Прочность на недренированный сдвиг, S u (кПа) 30

Стабилизация грунта с использованием химических добавок, таких как цемент, зола рисовой шелухи (ЗРШ), летучая зола и известь, широко используется из-за их вяжущих компонентов [14–18]. Эти вяжущие компоненты модифицируют и стабилизируют мягкий грунт за счет катионного обмена, флокуляции и агломерации, а также реакций [19].Однако выбор химических добавок зависит от нескольких факторов, таких как плотность в сухом состоянии, прочность на сдвиг [20, 21], удобоукладываемость (в методах улучшения поверхности) и долговечность [22]. Барендс [23] классифицировал методы улучшения почвы для мягкой почвы в зависимости от способа обработки почвы.

Древесина, которая широко используется в качестве источника топлива и энергии, привела к сильному увеличению количества остатков сгорания. Древесная зола - это серый материал, получаемый при сгорании древесины.Обычно его выбрасывают как отходы и вывозят вне дома или на свалку, что увеличивает объем свалки. В такой стране, как Бангладеш, где плотность населения очень высока, необходимо надлежащим образом управлять этими отходами на ограниченной площади полигона. Поэтому в качестве альтернативного решения эта зола может быть использована в качестве потенциального стабилизатора почвы посредством химической реакции. Химический состав древесной золы подразумевает, что ее можно использовать в качестве заменителя CaO (который содержит около 30% CaO) для стабилизации почвы.Он не обладает пластичными свойствами, поскольку частицы в основном имеют размер менее 0,075 миллиметра. Из литературы установлено, что содержание тяжелых металлов в древесной золе очень низкое [24, 25]. Однако эта зола может выщелачивать тяжелые металлы в почву, но концентрация металлов движется медленно. Медленное движение фильтрата объясняется снижением растворимости фильтрата из-за влияния значения pH древесной золы. Пока значение pH выше 6, металлы будут оставаться связанными в почве, химически зафиксированными на месте [26, 27].

Кхулна - юго-западная часть Бангладеш с мелкозернистой почвой с некоторыми органическими отложениями, которые из-за более низкой несущей способности не подходят для фундаментов мелкого заложения [28]. В настоящем исследовании древесная зола рассматривается как заменитель извести (CaO) для улучшения сжимаемости и прочностных характеристик.

2. Материалы и методы
2.1. Материалы

Образец почвы был взят из КУЭТ, Кхулна, Бангладеш (758686,70 м в.д., 2529312,06 м северной широты, высота 3 м) в нарушенном состоянии путем раскопок вручную.Затем его высушили и измельчили с помощью ручного молотка. Измельченный грунт просеивали через сито с отверстием 4,75 мм. Почва может быть классифицирована как A-7-6 и CL (глина с низкой пластичностью) согласно AASHTO и Единой системе классификации почв (USCS), соответственно (Рисунок 1). Физические свойства почвы приведены в Таблице 1.


Древесная мука была собрана на местной лесопилке и просто сжигалась для получения золы. В этом случае измельченная древесина хранилась в стальном ящике на 1 шт.Размеры 5 м × 1,5 м. Для измерения температуры горения использовались пять термопар с подключенным регистратором данных. Брикеты использовались в качестве топлива для разжигания и поддержания огня. Древесная зола содержала около 30% CaO, что является ключевым фактором улучшения свойств почвы (Таблица 2).

2.2. Методология

Почву и древесную золу хранили в печи при 105 ° C в течение ночи для удаления влаги и подавления микробной активности. Измельченный грунт и зола были смешаны вручную в большом лотке в сухом состоянии с должной осторожностью, поскольку согласно таблице 3 существует вероятность неравномерного перемешивания.

K 2 0009 O

Составляющие % в древесной золе

CaO 29,80
MgO 5,25
9,55
Fe 2 O 3 0,95
Na 2 O 7,50
SiO 2 25.8
Al 2 O 3 14,72
P 2 O 5 2,33
TiO 2 0,70
SO 3 0,70
Потери при воспламенении, LOI 2,70

9000 г )

Идентификатор образца Описание образца
Древесная зола (г) Содержание золы (%)

Исходный грунт 6000 - 0
W1 6000 300 5
W2 6000 450 7.5
W3 6000 600 10
W4 6000 750 12,5

Изучить влияние древесной золы на Механические свойства обработанных образцов крайне важны для поддержания согласованности между приготовлениями образцов. Было решающим, что консистенция между образцами может быть достигнута путем контроля воды для смешивания.В этом исследовании образцы были приготовлены с использованием соответствующего оптимального содержания влаги (OMC) для поддержания консистенции. Был проведен ряд лабораторных испытаний, включая индексные испытания, испытание на уплотнение, испытание на UCS, испытание на прямой сдвиг и испытание на уплотнение на необработанных, а также обработанных золой почвах.

Перед проведением испытания на уплотнение необработанные и обработанные золой почвы (содержание золы 5, 7,5, 10 и 12,5%) вручную смешивали с водой в течение примерно десяти минут.После этого смеси помещали в полиэтиленовые мешки и продолжали перемешивание встряхиванием, переворачиванием и надавливанием мешка для выдавливания воздуха из пустот в почве. Серия стандартных тестов Проктора, теста удельного веса и теста предела Аттерберга на необработанных и обработанных золой почвах была проведена в соответствии с ASTM D 698, ASTM D854 и ASTM D-4318 соответственно.

Затем образец статически уплотняли в три слоя внутри цилиндрической разъемной формы, которую смазывали так, чтобы каждый слой достиг заданной плотности в сухом состоянии.Верх первого и второго слоев слегка скарифицирован. После процесса формования образец сразу извлекали из разъемной формы. Затем образцы были измерены в соответствии с требованиями для различных испытаний и помещены в пластиковые мешки, чтобы избежать значительных колебаний содержания влаги перед тестированием.

Испытания на неограниченное сжатие использовались в большинстве экспериментальных программ для проверки эффективности обработанного грунта. Прочность на сжатие без отверждения цилиндрических образцов (диаметром 36 мм и длиной 71 мм) определяли в соответствии с ASTM D-2166.Параметры прочности на сдвиг ( c и φ ) были определены путем испытания на прямой сдвиг (ASTM D 3080) уплотненных образцов грунта (диаметром 60 мм и высотой 25 мм). Осадочные характеристики грунтов определялись путем проведения испытания на уплотнение (ASTM D-2435) на образцах диаметром 63,5 мм и высотой 25 мм.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Результат испытания пределов Аттерберга

Пределы Аттерберга очень важны для характеристики почвы в пределах широкой категории.Вариации предела жидкости и предела пластичности в зависимости от процентного содержания древесной золы показаны на рисунке 2. Результаты предельного значения Аттерберга показывают, что как предел жидкости, так и предел пластичности возрастают с увеличением процентного содержания древесной золы. Предел текучести варьировался от 46 до 56%, а предел пластичности от 27 до 40%, что приводило к снижению значений индекса пластичности от 19 до 16%. Okagbue [29] показал аналогичные результаты и объяснил, что эти полезные изменения в технических свойствах в основном приписываются катионному обмену, флокуляции глины, агломерации и пуццолановым реакциям.Например, быстрые и немедленные изменения пластичности произошли из-за катионного обмена и флокуляции глины. Эти тенденции аналогичны тем, которые возникают при обработке почвы известью, золой рисовой шелухи и цементом [30–32].


Диаграмма пластичности, показанная на рисунке 1, показывает изменение формы зерна почвы при добавлении древесной золы. Эта кривая показывает, что почва изначально содержала глину средней пластичности, а после добавления золы она меняет форму с глины на ил.Это изменение формы объясняется агломерацией частиц глины из-за образования геля силиката кальция. Этот гель покрывает обломки глины, связывая их вместе и заполняя поры, что приводит к снижению водопоглощения и усадки, как описано в Okagbue [29].

3.2. Характеристики уплотнения

На рисунке 3 показано влияние древесной золы на оптимальное содержание влаги (OMC) и максимальную сухую плотность почвы. Видно, что максимальная сухая плотность уменьшается с увеличением количества древесной золы, а оптимальная влажность постепенно увеличивается с 22% до 27.1% с добавкой 12,5% золы. Эта тенденция аналогична Okagbue [29], и он описывает, что уменьшение максимальной плотности в сухом состоянии объясняется агломерацией и флокуляцией глинистых частиц в результате реакции катионообмена, что приводит к заниманию большего пространства, а также к уменьшению отношения массы к объему. Это также может быть связано с заменой частиц почвы относительно одинакового объема древесной золой с более низким удельным весом (1,67). Например, удельный вес почвы уменьшен с 2.71 - 2,54 после добавления зольности 12,5%.


С другой стороны, оптимальное содержание влаги в почве увеличивается с увеличением содержания древесной золы, так как для образования известкового продукта Ca (OH) 2 и его растворения требуется больше воды. продукт в ионы Ca 2+ и OH -, чтобы обеспечить больше ионов Ca 2+ для реакции катионного обмена. Кроме того, чем больше мелких частиц, тем больше площадь поверхности, поэтому для обеспечения хорошей смазки требуется больше воды.Зольность также снижает количество свободного ила и глинистой фракции, образуя более грубые материалы, которые занимают большие пространства для удержания воды.

3.3. Прочностные характеристики
3.3.1. Прочность на неограниченное сжатие (UCS)

Для того, чтобы использовать древесную золу для улучшения свойств почвы, были проведены испытания прочности на неограниченное сжатие. На рис. 4 графически представлено поведение напряженно-деформированного состояния исходного грунта и грунта, обработанного древесной золой, под действием вертикальной нагрузки.Первоначально напряжение быстро увеличивается с увеличением напряжения до достижения максимального значения. После достижения максимального напряжения оно уменьшается с увеличением напряжения как для обработанных древесной золой, так и для исходных почв. Также видно, что исходная почва разрушилась при более высокой пластической деформации по сравнению с почвой, обработанной древесной золой.


На рисунке 5 показано изменение UCS с добавлением древесной золы. В целом, по мере увеличения доли древесины процент UCS значительно увеличивается по сравнению с необработанной почвой ( q u = 60 кПа).На рисунке показано, что при добавлении зольности до 10% происходит быстрое увеличение UCS, а при дальнейшем содержании золы 2,5% значение UCS существенно не увеличивается. Okagbue [29] также сообщил, что 10% зольность дает оптимальное значение UCS для неотвержденных образцов. Он также оценил значение UCS для разных дней отверждения, хотя не было обнаружено значительного улучшения прочности. Причиной этого улучшения является образование вяжущих гелей (гидратов) из-за реакций между CaO золы с Al 2 O 3 и SiO 2 почвы.Это приводит к агломерации частиц большого размера и вызывает увеличение прочности на сжатие. Следовательно, древесную золу можно рассматривать как потенциальную добавку для стабилизации мягкой глины.


3.3.2. Параметры прочности на сдвиг

Прочность на сдвиг по Мору – Кулону охватывает исходный грунт и композитные грунты на основе древесной золы, показанные на рисунке 6. Этот рисунок показывает, что напряжение сдвига увеличивается с каждым приращением нормального напряжения, а также крутизна кривой. увеличивается с увеличением зольности до 10%.Однако кривая для почвы, обработанной 12,5% золы, не показала значительного увеличения крутизны.


Несоответствие когезии ( c ) и угла трения ( φ ) с увеличением% зольности показано на рисунке 7. Наблюдается, что значение когезии постепенно увеличивается с 33,43 кПа до 35,3 кПа при добавке древесной золы до 10%. После этого это значение внезапно падает до 34,02 кПа для дальнейшего увеличения зольности. Аналогичную тенденцию можно наблюдать и в случае угла трения, поскольку он быстро увеличивается с 18 ° до 33 ° до 10% зольности, и это значение уменьшается еще 2 раза.5% содержания древесной золы. Таким образом, оптимальные параметры прочности на сдвиг были найдены при содержании золы 10%, и древесная зола может быть полезной добавкой против разрушения почвы при сдвиге.


3.4. Характеристики уплотнения

Испытание на одномерное уплотнение проводилось для определения характеристик уплотнения как необработанной, так и обработанной древесной золой почвы. На рисунке 8 представлена ​​зависимость между коэффициентом пустотности и приложенным напряжением. Видно, что все кривые показывают аналогичную тенденцию для коэффициента пустотности в зависимости от приложенного давления.Было обнаружено, что коэффициент пустотности уменьшается с увеличением приложенного давления во время периода нагружения, тогда как коэффициент пустотности увеличивается из-за сброса приложенного давления, но коэффициент пустотности не возвращается в исходное состояние, поскольку он подвергается условиям пластической деформации.


Изменение индекса сжатия и начальной пустотности в зависимости от содержания древесной золы показано на рисунке 9. Наблюдается, что индекс сжатия ( C c ) постепенно уменьшается от 0.19 до 0,12 для обработки почвы древесной золой до 12,5%. Это снижение индекса сжатия подразумевает, что это могло быть результатом повышенного образования продуктов в поровых пространствах почвы в результате физико-химических изменений, которые приводят к снижению индекса сжатия [33]. С другой стороны, значение начального коэффициента пустотности ( e 0 ) постепенно увеличивалось при добавлении содержания древесной золы до 7,5%, а после этого оно снижалось при увеличении содержания золы.Уменьшение пустотности в образце почвы при добавлении древесной золы более 7,5% объясняется быстрым пуццолановым действием почвенно-зольной смеси.


4. Выводы

В этом исследовании оценивалась степень, в которой древесная зола может улучшить основные геотехнические свойства, такие как консистенция, уплотнение, UCS, прочность на сдвиг и характеристики осадки необработанной глинистой почвы и глинистой почвы на основе древесной золы. Почва стабилизировалась на 5%, 7,5%, 10% и 12%.Содержание древесной золы 5%. Наблюдается улучшение геотехнических свойств обработанного золой грунта. На основании результатов, полученных после завершения экспериментальной программы, можно сделать следующие выводы: (i) Древесная зола снижает пластичность и максимальную сухую плотность глины, в то время как больше воды требуется для агломерации и флокуляции глинистых частиц посредством реакции катионного обмена. и коагуляция с последующим уменьшением количества мелких частиц. (ii) Стабилизация золы приводит к увеличению прочности на неограниченное сжатие в мягком глинистом грунте, а 10% -ная смесь древесной золы и глины оптимизирует результаты.Чем больше процент добавляемой золы, тем выше прочность. (Iii) При добавлении древесной золы резко улучшаются параметры прочности на сдвиг. Угол внутреннего трения увеличился примерно на 85% при добавлении 10% цемента, в то время как значение когезии улучшилось только примерно на 6% при добавлении 10% золы. (Iv) Из результатов испытания на уплотнение можно сделать вывод что значения индекса сжатия уменьшаются с увеличением содержания древесной золы, а начальная пустотность увеличивается для обработанного золой грунта.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

.

Смотрите также