Skutki przeobrażeń mineralogicznych zachodzących w kruszywach sztucznych

This article presents the results of the study of changes in mineral and chemical composition of artificial aggregates consisting of coal shale (a hard coal mining waste) and fluidized ashes. Such an aggregate was used for road construction. After completion of the construction works but before making the road available for public use, significant deformation of the surface in the form of irregular buckling of the asphalt layer occurred. It was excluded that this resulted from mining damage, design errors or performance mistakes, among others. A study of the materials that had been incorporated in the construction layers was undertaken in order to find the component and the mechanism responsible for the buckling of the road surface. A comparison of the mineral and chemical composition of aggregate samples collected from the embankment where the road buckled with the reference sample and samples from places without deformations showed that the bumps in the road embankment consisted of minerals that were not initially present in the aggregate. Wastes produced as a result of high temperatures (slag and power plants ashes, metallurgical wastes) are not as stable in terms of chemical and phase composition in the hypergenic environment. As a result of the processes occurring in the road embankment, anhydrite, which is the primary component of fluidized ashes, was transformed into gypsum and ettringite. As a result of contact with water CaO (present in fluidized ashes) easily changed into calcium hydroxide. As the crystallization of these minerals is expansive, it resulted in the filling of pores and, in extreme cases, in a substantial increase in the volume of the aggregate and, consequently, in the deformation of the road surface.W artykule przedstawiono wyniki badań nad przeobrażeniami składu mineralnego i chemicznego, które zaszły w kruszywie sztucznym skomponowanym na bazie łupku węglowego (odpad pochodzący z górnictwa węgla kamiennego) i popiołów fluidalnych. Kruszywo to użyte zostało do budowy drogi. Po zakończeniu budowy, a jeszcze przed oddaniem jej do użytku stwierdzono znaczne deformacje nawierzchni w formie nieregularnych wybrzuszeń i wypiętrzeń warstwy asfaltowej. Jako przyczyny wykluczono między innymi szkody górnicze, błędy projektowe czy błędy wykonawcze. Podjęto więc badania wbudowanych w warstwy konstrukcyjne materiałów w celu wskazania składnika i mechanizmu odpowiedzialnego za wypiętrzanie nawierzchni drogi. Porównanie składu mineralnego i chemicznego próbek kruszywa pobranych z nasypu drogowego w miejscach deformacji z próbką referencyjną i próbkami z miejsc, gdzie deformacji nie stwierdzono wykazało, że w nasypie drogowym w miejscu „wybrzuszeń” występują minerały, których pierwotnie nie było w kruszywie. Odpady powstałe w wyniku oddziaływania wysokich temperatur (żużle i popioły elektrowniane, odpady hutnicze itp.) w środowisku hipergenicznym nie są stabilne tak pod względem składu chemicznego, jak i fazowego. Na skutek procesów zachodzących w nasypie drogowym anhydryt będący pierwotnym składnikiem popiołów fluidalnych uległ przeobrażeniu w gips oraz ettringit. W wyniku kontaktu z wodą CaO (obecny w popiołach fluidalnych) łatwo uległ przemianie w wodorotlenek wapnia. Krystalizacja tych minerałów jest ekspansywna, co doprowadziło do zapełnienia przestrzeni porowych, a w skrajnych przypadkach znacznego wzrostu objętości kruszywa i w konsekwencji do deformacji nawierzchni drogi