Określenie wpływu dodatku bentonitu na polepszenie właściwości geotechnicznych osadów dennych Zbiornika Rzeszowskiego.

Transkrypt

1 UNIWERSYTET ROLNICZY im. H. KOŁŁĄTAJA W KRAKOWIE Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Sprawozdanie z uczelnianego konkursu na projekty finansowane z dotacji celowej na prowadzenie badań naukowych lub prac rozwojowych oraz zadań z nimi związanych, służących rozwojowi młodych naukowców oraz uczestników studiów doktoranckich finansowanych w wydziałowym trybie konkursowym Określenie wpływu dodatku bentonitu na polepszenie właściwości geotechnicznych osadów dennych Zbiornika Rzeszowskiego. Karolina Koś Studium Doktoranckie (IV rok) Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki

2 Pobór prób osadów dennych Próbki osadów dennych Zbiornika Rzeszowskiego zostały pobrane w czerwcu 2010 roku (próby 1,2,3,4) oraz w grudniu 2011 roku (próby 5,6,7,8), czerpakiem z łodzi. Fot. 1. Widoczne wyspy na Zbiorniku Rzeszowskim powstałe w wyniku procesu zamulania (fot. K.Koś) Rys.1. Lokalizacja poboru próbek osadów [

3 Metodyka badań Oznaczenie parametrów mieszanek gruntowo bentonitowych wykonano zgodnie z obowiązującymi normami geotechnicznymi. Granice płynności oznaczono w penetrometrze stożkowym, a granice plastyczności metodą wałeczkowania. Wilgotność optymalną i maksymalną gęstość objętościową szkieletu określono w aparacie Proctora przy energii zagęszczenia 0,59 J cm -3. Współczynnik filtracji oznaczono w edometrach na próbkach o średnicy d=7,5 cm i wysokości h= 1,9 cm, przy wilgotności optymalnej i wskaźniku zagęszczenia I s 1,00, przy obciążeniu 12,5 kpa, w dwóch powtórzeniach. Powierzchnię właściwą oznaczono metodą sorpcji błękitu metylowego, zgodnie z normą PN-B-04481:1988. W badaniach zastosowano bentonit Hekobent, firmy Hekobentonity, o zawartości montmorylonitu >65%.

4 Wyniki badań Tabela 1. Parametry geotechniczne próbek osadów dennych Zbiornika Rzeszowskiego

5 Wyniki badań Tabela 2. Skład granulometryczny oraz parametry geotechniczne materiału uśrednionego Zbiornika Rzeszowskiego (powstałego ze zmieszania wszystkich prób) Parametr Wartość Zawartość frakcji piaszczystej, Sa 2-0,063 mm 8,5 Zawartość frakcji pyłowej, Si 0,063 0,002 mm 83,0 Zawartość frakcji iłowej, Cl <0,002 mm 8,5 Nazwa gruntu wg PN-EN ISO :2004 Si Wskaźnik różnoziarnistości, Cu 13,3 Gęstość właściwa, ρ s 2,530 g cm -3 Kapilarność bierna, H kb `137,1 cm Powierzchnia właściwa, St 52,44 m2 g-1 Zawartość części organicznych, I om 3,33 % Granica płynności, w L 40,6 % Granica plastyczności, w p 26,8 % Wskaźnik plastyczności, I p 13,8 % Wilgotność optymalna, w opt 24,8 % Maksymalna gęstość objętościowa szkieletu oznaczona w aparacie Proctora, ρ ds 1,455 g cm -3 Współczynnik filtracji przy: - I s =0,90 - I s =1,00 1, m s -1 1, m s -1

6 Wyniki badań Tabela 3. Parametry mechaniczne materiału uśrednionego Zbiornika Rzeszowskiego Parametr Wartość Kąt tarcia wewnętrznego Is= ,1 Is= ,3 Is= ,5 Is= 0.95 próba nawodniona 24,3 Kohezja Is= ,1 kpa Is= ,7 kpa Is= ,8 kpa Is= 0.95 próba nawodniona 17,3 kpa Moduł ściśliwości pierwotnej 3,44 MPa Moduł ściśliwości wtórnej 14,08 MPa Wskaźnik nośności po 4 2,5% dobach nasiąkliwości Pęcznienie w cylindrze CBR 1,93% Rys. 2. Wpływ zagęszczenia na wytrzymałość na ścinanie osadów Obciążenie [kpa] Rys. 3. Krzywe ściśliwości osadów

7 Ocena przydatności osadów do uszczelnień Osady denne Zbiornika Rzeszowskiego sklasyfikowano jako grunty pylaste, kilkufrakcyjne, w stanie płynnym. Zawartość części organicznych w badanych osadach przekraczała 2%, przez co zaliczają się one do gruntów organicznych. Materiał uśredniony, powstały przez zmieszanie wszystkich próbek, sklasyfikowano jako pył kilkufrakcyjny, słabo przepuszczalny, o podwyższonej zawartości części organicznych oraz stosunkowo wysokich wartościach parametrów charakteryzujących wytrzymałość na ścinanie. Przeprowadzona ocena przydatności przedmiotowych osadów do formowania przesłon uszczelniających w składowiskach odpadów komunalnych wykazała, że osady można wstępnie uznać za przydatne. Zastrzeżenia dotyczyły głównie kryterium szczelności dopiero przy zagęszczeniu odpowiadającym wartości wskaźnika zagęszczenia 1,00 uzyskano wartość współczynnika filtracji 1, m s -1, która jest na granicy wartości dopuszczalnej. Dodatkowo materiał uśredniony cechował się zbyt niską zawartością frakcji iłowej, przez co nie spełnia również kryterium mineralogicznego, które zaleca aby stosować grunty o odpowiedniej ilości minerałów ilastych. Polepszenie właściwości geotechnicznych omawianych osadów dennych można osiągnąć przez dodatek substancji stabilizujących na przykład bentonitu.

8 Wyniki badań Tabela nr 3. Parametry mieszanek osadów z bentonitem Dodatek bentonitu Parametr Jednostka Maksymalna gęstość objętościowa szkieletu g cm -3 1,455 1,483 1,487 1,431 Wilgotność optymalna 24,8 22,6 24,5 27,7 Granica plastyczności 26,8 25,9 22,9 24,8 % Granica płynności 40,6 43,4 40,6 45,0 Wskaźnik plastyczności 13,8 17,5 17,7 20,2 Powierzchnia właściwa, S t m 2 g-1 52,44 53,74 67,71 70,86 Współczynnik filtracji, k 10 przy I s =1,00 m s -1 1, , , ,

9 K1 Wyniki badań Wilgotność [%] Rys. 4. Krzywe zagęszczalności czystych osadów oraz mieszanek gruntowo - bentonitowych

10 Slajd 9 K1 Dodaj tu pisy osi Koś;

11 Wyniki badań Wymagana wartość współczynnika filtracji Dodatek bentonitu [%] Rys. 5. Wpływ dodatku bentonitu na współczynnik filtracji mieszanek

12 Analiza wyników Dodatek 3% bentonitu spowodował obniżenie wartości wilgotności optymalnej z prawie 25% do ponad 22%. Dla samych mieszanek wilgotność optymalna rosła wraz z dodatkiem bentonitu od ponad 22% dla mieszanki 3% do prawie 28% dla mieszanki 12%. Maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego dla osadów wyniosła ponad 1,45 g cm -3,wraz z dodatkiem bentonitu zwiększała się aż do prawie 1,49 g cm -3 dla mieszanki z dodatkiem 6%. Natomiast dla mieszanki z dodatkiem 12% bentonitu uzyskano znacznie niższą wartość około 1,43 g cm -3. Wartość wskaźnika plastyczności rosła wraz z dodatkiem bentonitu, od 13,8 % dla czystych osadów do 20,2 dla mieszanki z 12 % dodatku bentonitu. Uzyskane wartości powierzchni właściwej rosły wraz z dodatkiem bentonitu, od około 53 m 2 g -1 dla czystych osadów, aż do ponad 70 m 2 g -1 dla mieszanki z dodatkiem 12%. Dodatek 3% bentonitu nie wpłynął na zmianę wartości współczynnika filtracji, dla czystych osadów oraz mieszanki 3% uzyskano porównywalne wartości. Dla mieszanki z dodatkiem 6% bentonitu uzyskano niższą wartość tego parametru - 3, m/s, natomiast dodatek 12% bentonitu spowodował obniżenie współczynnika filtracji aż do wartości 3, m/s.

13 K2 Wnioski Osady denne Zbiornika Rzeszowskiego wykazały niewystarczające właściwości uszczelniające w stosunku do wartości wymaganych. Poprawę tych właściwości osiągnięto wskutek dodatku bentonitu. Wytypowano zawartość 6% dodatku bentonitu do ewentualnych badań na poletku doświadczalnym. Przy dodatku 3% nie uzyskano wymaganej wartości współczynnika filtracji, natomiast przy dodatku 12% mogłyby wystąpić problemy w trakcie urabiania mieszanki i zagęszczania przesłony. Biorąc pod uwagę parametry geotechniczne mieszanki z dodatkiem 6% bentonitu liczba punktów uzyskana w ocenie przydatności wynosi 52, spełniony jest również warunek przepuszczalności (k<1, m/s) (rys. 6). Powierzchnia właściwa mieszanki wzrosła w stosunku do czystych osadów o ponad 22%, dzięki czemu będzie cechować się lepszą zdolnością do zatrzymywania zanieczyszczeń.

14 Slajd 12 K2 Nie dałam tu literatury, czyli skad jest ta klasyfikacja, punkty i diagram - dać?? Koś;

15 Wnioski Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że osady denne Zbiornika Rzeszowskiego z dodatkiem 6% bentonitu mogą stanowić materiał do formowania warstw uszczelniających w składowiskach odpadów komunalnych. Rys. 6. Nomogram do oceny przydatności gruntów [Majer i in Zasady oceny przydatności gruntów spoistych Polski do budowy mineralnych barier izolacyjnych.]