CZ140496A3

CZ140496A3 - Method of sealing loft formations

Info

Publication number: CZ140496A3
Application number: CZ961404A
Authority: CZ
Inventors: Jost-Ulrich Kugler
Original assignee: Kugler Jost Ulrich
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 1996-10-16
Also published as: NO961777L; NO961777D0; FI962078A7; DK0702110T3; WO1996008611A1; US5857809A; EP0702110B1; HU9601313D0; PL314427A1; HU214377B; DE59500471D1; HUT75593A; EP0702110A1; PL177551B1; ATE156549T1; FI962078L; DE4433079A1; FI962078A0

Description

Způsob utěsňování půflnicph ťFtvaírú

170 M

HAKR * KUBÁT a patentoví k*nc*liÉ Pnfca 7.

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu utěsňování půdních útvarů, při kterém se nanese minerální těsnicí vrstva z vazné zeminy a přísady na půdní útvar a potom se mechanicky zhutní.

Dosavadní stav techniky

Při vytváření minerálních těsnicích vrstev pro základnová á povrchová těsnění deponií a skládek dochází při výskytu dešťových srážek ke značným obtížím při ukládání těsnicího materiálu, protože těsnicí materiál při zvýšené vlastní vlhkosti a v důsledku přídavného pohlcování vody z dešťových srážek výrazně rozbředá a není jej možno dále zpracovávat. Příliš vlhké těsnicí vrstvy potom musí být často znovu vytvářeny. Nezbytná těsnění deponií musí být kromě toho často znovu obnovována, protože jsou poškozována nepříznivými povětrnostními podmínkami, což způsobuje vysoké provozní náklady.

Aby se uchovala potřebná těsnicí kvalita i za proměnlivého počasí, bylo nutno pokrývat části stavby ochrannými plachtami nebo bylo nutno pokrývat úseky hotoveného těsnění fóliemi pro odvádění srážkové vody, přičemž tyto úpravy byly považovány za nezbytná dočasná ochranná opatření.

I při používání těchto velmi nákladných ochranných opatření dochází stále ještě k výrazným stavebním potížím způsobeným tím, že výchozí materiál, kterým je zejména hlína nebo bahno s obsahem hlíny, má často již na místě odběru příliš velký obsah vody a při této vlhkosti je v podstatě nezpracovatelný a není možno jej zhutnit. Proto se již delší dobu musí při zemních pracech a v silničním a vodním stavitelství materiál nejprve vysoušet. Jako vysoušečích materiálů se používá při tak zvané vápenné nebo cementové stabilizaci páleného vápna a cementu přidávaného do zeminy. Při tomto postupu je možné dosáhnout zpětného vysušení přemokřených půdních vrstev přidáním hmotnostního množství 4 až 10 % cementu nebo vápna, kterým se vlhkost materiálu vázáním vody na cement nebo vápno natolik sníží, že se dosáhne drobivé struktury těchto půdních vrstev, které jsou tak opět dobře zpracovatelné. Takto upravené zeminy jsou však již při jejich zpracování v důsledku svého drobivého charakteru náchylné k tvorbě trhlinek a kromě toho se v důsledku hydraulického vázání vody ztrácí plasticita materiálu. Zhutněné vázané zeminy jsou polotuhé až tuhé. V důsledku takto získaných vlastností je vyloučena možnost využití této stabilizační metody pro ukládání těsnicích vrstev a z tohoto důvodu není přípustné používání hydraulických přísad pro skládky a depo nie.

Praxe ukázala, že při zvýšené vlhkosti zeminy, překračující o 1 až 3 % vlhkost podle Proctorovy křivky ve vlhké oblasti se k vaznému zeminovému materiálu mohou přimíchávat aktivní práškové jíly, například bentonit. Přidávané množství se pohybuje v hmotnostním množství mezi 2a 8 %. V důsledku schopnosti práškového jílovitého materiálu vázat vodu dochází ke zpětnému vysoušení vazných směsí zemin, které je potom možno zhutňovat. Jestliže je však nutno používat přemokřených zemin, které mají v důsledku vysokého obsahu vody a tekutého charakteru podle ATTERBERGa (zjištěno zkouškou podle DIN 18.122) kašovitou konzistenci, nemůže se tento způsob využít bez dalších modifikací pro stavbu deponií a pro jiné zemní práce.

Frézovacím postupem není možno zajistit dostatečnou homogenizaci materiálu a je nutno využít míchání v míchačce s nuceným pohybem.

Přimícháním většího množství jílovitých minerálů se stane těsnicí vrstva zvláště citlivá na povětrnostní vlivy.

I nepatrné množství srážek způsobuje v důsledku vysoké pohltivosti vody v jílovitém práškovém materiálu výraznou změnu konzistence. Původně válcovatelná těsnicí smés se již při nepatrných dešťových srážkách stává nezpracovatelnou a měkne do značné hloubky, takže ukládání další těsnicí vrstvy pomocí zařízení používaných pro zemní práce není možné, protože se tato pracovní zařízení do změklé vrstvy boří.

- Vysušení vrstvy při suchém počasí vyžaduje časový interval několika dnů. Kromě toho při tomto vysoušení vznikají krátce po zhutňování trhlinky způsobené smršťováním, takže je nezbytné další zpracování vrstvy alespoň frézováním a zhutňováním.

Při způsobu zpětného vysoušení pomocí aktivního práškového jílu se negativně projevuje zvýšená náchylnost takto zušlechtěných těsnicích vrstev ke vzniku trhlinek, což je důsledkem značně zvýšeného smršťování materiálu při vysychání, zejména pod clonícím účinkem plastových těsnicích pásů ve spodních i povrchových oblastech.

Jako další vysoušeči metoda je znám postup, při kterém se příliš vlhké jílovité nebo hlinité zeminy vysoušejí termicky a tak se znovu získávají vlastnosti potřebné pro vytváření těsnicí vrstvy.

Je známo také přidávání vysušených jemných příměsí, například čedičové moučky, vysušeného písku, elektrárenského popílku, vysokopecní strusky a prachu. Při tomto postupu je však míra takového dosoušení omezená, protože smáčením povrchu takto vysušených příměsí je možno vázat je poměrné malé množství vody. Přidání většího množství sušené moučky a/nebo písků pro dosažení potřebné zpracovatelnosti vede při přimíchání hlín nebo prachových zemin k podstatnému zhoršení součinitele propustnosti a proto tato metoda nebyla ani dří-zs v praxi používána.

Z EP-B 0 338 039 je dále známo připravovat umělé jemnozrnné půdní smési, například kal z čistíren, přidáním sušených zrnitých příměsí, například popela ze spalovacích zařízení, prachu a vysušených recyklovaných písků a získávat tak zhutnitelné a těsnicí stavební směsi. Jak již bylo v předchozí části uvedeno, tyto příměsi však nemohou být přidávány v libovolném množství, protože by jinak nebylo dosaženo požadovaných těsnicích hodnot. U použitých kalů z vodáren a čistíren odpadních vod se jedná o mechanicky odvodněné a také chemicky upravované kaly s obsahem vody kolem 70 % nebo i větším.

Technické instrukce TA, týkající se odpadů a komunálních odpadů vycházejí z toho, že minerální těsnicí složky kombinovaných těsnicích vrstev, tvořených 50 cm tlustou těsnicí vrstvou z vazných hlinitých zemin s uloženým plastovým těsnicím pásem, tvořícím nejdůležitějši těsnicí složku, která má být trvale účinná. Jako výchozí materiál pro minerální těsnicí složky je označována hlína vybraná s ohledem na její těsnost, minerální složení a její stálost a trvanlivost, které jsou u těsnicích materiálů parametry určujícími kvalitu těsnění.

Ukázalo se však, že těsnicí vrstvy s obsahem jílovíté hlíny mají v důsledku svého značného smršťování a velkého mechanického namáhání, které vzniká u skládek například při sedání navážky, značnou náchylnost k tvorbě trhlin, takže kvalita utěsnění v průběh delšího časového intervalu je problematická. Je také známo, že v minerálních povrchových těsnicích konstrukcí klesá v létě až do hloubky několik, metrů původní vlhkost o několik procent, což rovněž vede k vzniku trhlinek.

Aby se omezilo toto nepříznivé škodlivé působení, zavádělo se aktivní zajištění trhlinek podle EP-B 0 409 999. Podstatou tohoto řešení je vyztužení minerálního těsnicího systému tenkou tkaninou s malou průtažností, odolnou proti průsakové skládkové vodě a schopnou zachycovat tahová napětí Tím je možno minimalizovat tvorbu trhlinek a zajišťovat trhlinky proti deformacím přemísťováním tak zvané tekoucí zeminy, která je schopna při vzniku trhlinek okamžitě vyplňovat mezeru v místě vznikající trhlinky nej jemnějšími složkami zeminy, aby se zamezilo dalšímu rozšiřování trhlinek erozí, takže těsnicí účinek je trvale zachován.

Kromě toho se značně rozšířilo používání řešení, podle kterého se vytvořilo suché těsnění pomocí speciálního rozložení velikostí zrnitých frakcí při současném přidání suchých hlinitých minerálních látek, které přebírají těsnicí funkci teprve tehdy, až skončí životnost plastových těsnicích pásů. Tento systém začíná být totiž účinný až po přístupu vody. V suchém stavu jsou sice smršťovací trhlinky uzavřeny, ale protože v tomto případě není možno dlouhodobě zamezit provlhnutí zeminy, projevuje se také u tohoto řešení smršťování materiálu, závislé na složení těsnicí vrstvy.

V současné době je však v technických podmínkách TA pro ukládání odpadů a komunálního odpadu vyžadováno zřizování kombinovaného těsnění v základnové ploše pro utěsnění povrchové plochy skládky. Přitom se jedná o minerální těsnění z jemnozrnných vazných zemin, které musí být rovnocenné z hlediska plasticity, těsnicího účinku a obsahu vody těsnicímu jílu, přičemž tato těsnicí vrstva je stlačením spojena s nahoře uloženými těsnicími pásy z plastu. U tohoto těsnicího systému se však vyskytují potíže s vytvářením minerální těsnicí vrstvy, vyvolané povětrnostními podmínkami, a nevýhodná je také náchylnost minerální vrstvy k tvorbě trhlin způsobená příčinami popsanými v předchozí části popisu. Kromě toho jsou kombinovaná těsnění velmi drahá.

Nyní bylo zjištěno, že uvedené obtíže vyvolané povětrnostními podmínkami mohou být při vysokém obsahu vody v ukládaných zeminách překonány a současně se snižuje náchylnost vazných zemin k tvorbě trhlin, jestliže se k přemokřeným vazným zeminám přidá suchý kal, kal z čistírem odpadních vod nebo kal z vodáren.

Podstata vynálezu

Tyto nedostatky jsou odstraněny způsobem utěsňování půdních útvarů podle vynálezu, při kterém se uloží na půdní útvar těsnicí vrstva z vazné zeminy a příměsi, která se potom mechanicky zhutní; podstata vynálezu spočívá v tom, že se jako příměs přidá suchý kal nebo kal z čistíren odpadních vod nebo z vodáren s obsahem sušiny nejméně 70 % hmotnostních (kal TS > 70) v hmotnostním množství od 5 do 50 %, vztaženo na obsah sušiny v kalu a vypočteno na suchou hmotnost zeminy.

Vhodnými minerálními vaznými zeminami pro řešení podle vynálezu jsou smíšenozrnné a jemnozrnné zeminy podle DIN 18196. K těm patří zejména prachové, hlinité a jílovité zeminy s větším nebo menším podílem písku. Vhodné příklady těchto zemin jsou uvedeny v normě DIN 18196 a v Ullmanově Enzyklopádie technischen Chemie, 4.vydání, svazek 6 (1981). Suchým kalem používaných při způsobu podle vynálezu je kal pocházející z čistíren odpadních vod nebo z vodáren s obsahem sušiny v hmotnostním množství větším než 70 % (kal TS > 70). Kaly s kašovitou až pastovitou konzistencí mají zpravidla obsah sušiny v hmotnostním množství od 15 do 20 %, přičemž tento obsah sušiny se u kalů, které je možno zpracovávat hnětením, a u polotuhých kalů získávaných například odvodňováním na sítech, zvyšuje na 25 až 35 % hmotnostních. Mechanici;/ odvodňováním je možno upravit hmotnostní obsah vody v kalu v nej lepším případě na 50 %. Pro další snižování obsahu vody

Ί přichází v úvahu pouze termické vysoušení, protože přirozené sušení je příliš zdlouhavé, přičemž při tomto umělém sušení je možno používat sušicích zařízení využívajícím spalin a vytvořeným ve formě bubnových sušičů, etážových sušičů, fluidních sušičů, proudových sušičů nebo sušičů s vířivou vrstvou. Takto získaný vysoušený kal má potom hrubozrnnou drobtovítou strukturu. Termické sušení však vyžaduje mimořádně velké náklady na potřebnou energii, protože pro odstranění přibližně 1 m³ vody je třeba asi 1000 kWh energie. Z tohoto důvodu je termické sušení z ekonomického hlediska oprávněné jen v takových případech, kdy jsou zvýšené náklady na energii vykompenzovány odpovídajícími úsporami nákladů při zřizování skládky, popřípadě zpětným získáváním sušicího tepla. V důsledku vysokých nákladů na zřizování deponií a skládek se dosahuje při odběru čistírenských kalů TS 30 (s obsahem sušiny 30 % hmotnostních) kolem 1800 až 1920 Kč/m³ a při odběru čistírenských kalů TS 90 návratnosti kolem 7200 Kč/m³. Způsobem podle vynálezu je tak možno nejen ušetřit drahý prostor pro skládku, ale použitím vysoušených kalů TS > 70 také odpadá vypalování těchto kalů, což přináší nezanedbatelnou výhodu z hlediska ochrany životního prostředí, které není zatěžováno dalším množstvím oxidu uhličitého C0₂·

Bylo zjištěno, že způsobem podle vynálezu je možno vytvořit minerální těsnicí vrstvy s podstatně omezenými smršťovacími hodnotami a tím také s podstatně omezenou tvorbou trhlinek. Tento účinek je pozorován jen při použití suchého kalu a nikoliv při použití kašovitých kalů nebo kalů s obsahem vody, umožňujícím jejich hnětení, a majících obsah sušiny nejvýše 50 % hmotnostních bez ohledu na to, že u těchto kalů s vyšším obsahem vody není možné provádět dodatečné vysoušení přemokřené zeminy.

Při provádění způsobu podle vynálezu se používá suchých kalů v hmotnostním množství 5 až 50 %, vztaženo na obsah sušiny v kalu a vypočítáno na suchou hmotnost zeminy. ve výhodném provedení způsobu podle vynálezu se do směsi přidává suchý kal v hmotnostním množství 10 až 30 %, zejména v hmotnostním množství od 15 do 25 %.

V dalším výhodném provedení způsobu podle vynálezu se přidává suchý kal v mleté formě, přičemž je třeba dbát na to, aby velikost částic byla menší než 0,6 mm. Mletí s přitom výhodně provádí tak, že nejméně 60 % hmotnostních suchého kalu má velikost částic menší než 0,2 mm.

Podle dalšího výhodného způsobu podle vynálezu činí obsah sušiny v přidávaném suchém kalu v hmotnostním množství nejméně 70 %, to znamená maximální obsah vody činí v hmotnostním množství 30 %. Obsah sušiny v kalu není směrem nahoru nijak omezen. Protože odstraňování posledních zbytků vody je stále obtížnější, je úplné odvodnění energeticky příliš náročné a z toho důvodu není také z ekonomických důvodů žádoucí. Obsah vody v suchém kalu závisí také v určitém rozsahu na vlhkosti vazné zeminy. Je zřejmé, že účinek opětného vysušování suchého kalu je tím větší, čím je větší jeho původní obsah sušiny, popřípadě čím je menší jeho vlhkost. U velmi mokrých půd je proto výhodné pro zmenšení potřebného množství příměsí ve formě suchého kalu přimíchávat suché kaly s vysokým obsahem sušiny, například kalu TS > 80 nebo kalu TS > 90, to znamená suchého kalu s obsahem sušiny nejméně 80 %, respektive 90 % hmotnostních.

Jako zdroje vhodných suchých kalů přicházejí v úvahu kaly z čistíren odpadních vod nebo z vodáren. Kal pocházející z čistirem vody, zejména není-li dostatečně vysrážený, nemá sice dostatečnou bakteriologickou stálost a bylo by podle všech předpokladů nutno počítat při rozkladu organický^.., látek s větším smršťováním a tedy se zhoršením utěsnění skládky. Překvapivé se však ukázalo, že ke zvýšenému smršťo9 vání těsnicí vrstvy nedochází. Naopak bylo dokonce pozorováno po přidání suchého kalu zmenšené smršťování vazné zeminy. Toto příznivé ovlivnění smršťovacích vlastností, které jsou velmi důležité pro zajištění těsnicího účinku, nebylo pozorováno při přidávání vlhkých kalů, jak bude patrno z porovnávacích příkladů.

V dalším výhodném konkrétním provedení způsobu podle vynálezu je dosaženo příznivějšího těsnicího účinku tím, že se ke směsi vazné zeminy a suchého kalu přidá práškové vodní sklo v takovém množství, že ve vázané půdní vodě těsnicí směsi se vytvoří 3 až 10% roztok vodního skla. Přitom další konkrétní provedení této pracovní operace spočívá v tom, že práškové vodní sklo se přidává společně se suchým kalem do vazné zeminy v jediné společné pracovní operaci.

Pojem práškovítý” přitom označuje jemnozrnnou suchou formu vodního skla, přičemž zahrnuje také vločkovitou a jinou formu. Příkladem vhodného vodního skla je sodné a draselné vodní sklo, přičemž za výhodnější je díky řadě jeho předností považováno sodné vodní sklo. Zvláště vhodným výrobkem pro tento účel je přípravek, který je na trhu pod označením Deposil N.

Kromě zlepšení těsnicího účinku, zejména s ohledem na dlouhodobou stálost, spočívá další výhoda použití práškového vodního skla ve vysokých zadržovacích schopnostech pro škodlivé látky, například pro těžké kovy, které se zejména vyskytují v průsakových vodách skládek.

Příklady provedeni vynálezu

Vynález bude podrobněji objasněn v následujících příkladech provedení. Pokud to není uvedeno jinak, vztahují se všehna uváděná procentní množství na hmotnostní množství.

I

-ιόν těchto příkladech provedení přicházejí v úvahu následující suroviny:

1. Hlína z hliníku Hunxe (Iduna Halí), mající zrnitost podle obr. 1.

2. Sprašová hlína z Bochum-Kornharpenu s granulometrickým složením podle obr. 1.

3. Kal TS 90 (čistírenský kal TS- 90), získaný tepelným sušením původních kalu z komunálních čistíren s granulometrickým složením podle obr. 1, který je mletý nebo jinak rozmělňovaný a má jemnější zrna zrna rozložená podle velikosti, jak je to patrno z obr. 1.

4. Kal z čistíren odpadních vod s obsahem sušiny 30 % (kal

TS-30), získaný mechanickým odvodňováním kalu, vycházejícího z čistíren komunálních odpadních vod, až na obsah sušiny kolem 30 % hmotnostních.

Přehled obrázků na výkresech

Pro objasnění příkladů bude využito také obrázků na výkresech, kde znázorňují obr. 1 rozložení velikostí zrn použité suroviny, kterou je hlína, sprašová hlína nebo kal TS 90 s čistíren odpadních vod v nemleté nebo mleté formě, a obr. 2 Proctorovu křivku sprašová hlíny, to znamená závislost zhutnitelnosti sprašové hlíny na její vlhkosti.

Provádění zkoušky smrštitelnosti probíhalo podle normy

DIN 18122, díl 2/1987. Přitom se do kruhové formy s vnitřním průměrem 70 mm a výškou 14 mm nanesla vlhká zemina a srovnala se tak, aby povrchová vrstva neobshovala vzduchové póry» Potom se kruhová forma naplněná zeminou a zakrytá skleněnou deskou zvážila pro určení výchozího obsahu vody. Po počátečním vysoušení při pokojové teplotě probíhalo další vysoušení v sušicí peci při 105°C až do dosažení hmotové konstanty.

Množství odstraněné vody vyplývá z váhového rozdílu. Hodnota smrštění se získala změřením vysušeného zkušebního vzorku.

K prokázání příznivého vlivu suchého kalu, na rozdíl od vlhkého kalu, na smršťovací hodnoty vazných zemin se vytvořily dvě paralelní řady zkoušek, přičemž v jedné z nich probíhaly zkoušky jemnozrnné sprašové hlíny s rozdělením velikosti částic podle obrázku, pocházející z hliníku Bochum-Kornharpen, a v druhé s hlínou pocházející z hliníku v Húnxe a mající rozděleni velikostí zrn podle obrázku; v obou případech byly zkoušky prováděny s kalem TS 90 a kalem TS 30. Přitom bylo třeba dodržovat stejnou výchozí vlhkost porovnávaných vzorků, protože se stoupajícím obsahem vady stoupá také smršťování zeminové směsi. Na druhé straně by měly porovnávané zeminové směsi obsahovat pro vytvoření srovnatelných podmínek také stejný obsah přidávaného kalu, vztažený na obsah sušiny. Tyto podmínky byly vytvořeny tak, že při použití kalu TS 30 se po jeho přidání pro dosažení stejných poměrů mezi složkou tvořenou suchým kalem (100 % sušiny) a suchou zeminovou složkou (100 % sušiny) se silně zvýšená vlhkost původně vytvořené směsi sníží opětným sušením v peci s cirkulujícím vzduchem při 60°C na vlhkost porovnávacího vzorku, získaného přidáním kalu TS 90.

Výsledky jsou shrnuty v tabulkách I a II, přičemž k těmto výsledkům je nutno uvést následující.

V mechanice zemin se vlhkost zemin neuvádí ve vztahu k celkovému množství vlhké zeminové směsi, ale k obsahu sušiny v zeminách. 1500 g vlhké zeminy s vlhkostí 25 % tak obsahuje 300 g vody a 1200 g sušiny. Takto vyjádřená vlhkost, činící podle zásad půdní mechaniky 25 %, však neodpovídá hodnotě podle normálního výpočtu (obsah vody vztažený na celkové množství materiálu), která je rovna 20 % hmotnostních. Protože půdně mechanické výpočty by mohly při uspořádá12 ní dat do tabulky snadno vést ke zmatkům, bude obsah vody stále počítán ve vztahu k celkovému množství. Hodnoty vlhkosti vypočtené podle zásad půdní mechaniky jsou však vždy uvedeny v závorkách.

Tabulka I. Sprašová hlína

Celkové množství, g	1500	1500	1500
Sušina, g	1200	1200	1250
Voda, g	300	300	250
Vlhkost, hmot. %	20,0 (25,0)	20,0 (25,0)	16,7 (20,0)
Stavová forma	kašovitá, nezhutnitelná	kašovitá, nezhutnitelná	dobře zhutnitelná
Hodnota k, m.s^-1			8.10¹⁰
Smrštění, obj. %	8,9 11,2	8,9 11,2	6,2 7,1
Průměr, obj. %	10,1	10,1	6,7
Kal z čistíren TS 90	+ 20 % kal TS 90	+ 20 % kal TS 30
Kal, g	267	300
Sušina kalu, g	240	240
Voda, g	27	560
Celkové množství sušiny, g	1440	1440
Celkové množství vody, g	327	860
Vlhkost, hmot. %	18,5 (22,7)	37,4 (59,7)
Stavová forma	dobře zhutnitelná	kašovitá, nezhutnitelná, vysušení na celkové množství 1763 g
Obsah vody, %	18,5 (22,7)	18,3 (22,5)


Stav	velmi dobře zhutnitelný	dobře zhutnitelný
Hodnota k, m.s^-·¹·	8.10^-10	10. 10¹⁰
Smrštění, obj.%	2,7 mleté 3,5 nemleté	8,9 11,2
Průměr	2,9	10,1

Tabulka II. Hlína

Celkové množství, g	1500	1500	1500
Sušina, g	1111	1111	1183
Voda, g	389	389	312
Vlhkost, hmot. %	25,9 (35,0)	25,9 (35,0)	20,8 (26,3)
Stavová forma	kašovitá, nezhutnitelná	kašovitá, nezhutnitelná	zhutnitelná, měkká
Hodnota k, m.s^-1			8.10^-11
Smrštění, obj. %	23,6 26,1	23,6 26,1	20,8 22,8
Průměr, obj. %	24,9	24,9	21,8
Kal z čistíren TS 90	+ 20 % kal TS 90	+ 20 % kal TS 30
Kal, g	247	740
Sušina kalu, g	222	222
Voda, g	25	518
Celkové množství sušiny, g	1333	1333
Celkové množství vody, g	414	907
Vlhkost, hmot. %	23,7 (31,1)	40,5 (63,0)

Stavová forma	dobře zhutnitelná	kašovitá, nezhutnitelná, vysušení na celkové množství 1746 g
Obsah vody, %	23,7 (31,7)	23,7 (31,1)
Stav	velmi dobře zhutnitelný	dobře zhutnitelný
Hodnota k, m.s^-1	8.10“¹¹	3.10^-10
Smrštění, obj.%	9,6 mleté 12,0 nemleté	19,5 21,3
Průměr	10,8	20,4

Z tabulek I a II je nejprve možno zjistit, že smršťování se zvyšuje se stoupající vlhkostí, přičemž smršťování je u jílovíte hlíny celkově výrazné větší než u sprašových hlín. Například u sprašové hlíny je, jak je patrno z tabulky I, řádků 5a 9, při vlhkosti 16,7 % dosaženo smrštění 6,7 % objemových, přičemž toto smrštění se zvětšuje při vlhkosti 20 % na 10,1 % objemových. Naproti tomu, jak je patrno z tabulky II, řádků 5 a 9, u jílovíte hlíny s vlhkostí 20,8 má smrštění hodnotu 21,8 % objemových a při vlhkosti 25,9 % smrštění 24,9 % objemových.

Sprašová hlína v tabulce I měla vlhkost 20,0 % a obsahovala tedy přebytek vody. Při této vlhkosti 20,0 % má sprašová hlína kašovitou formu a není ji možno zhutňovat. Mezní vlhkost sprašových zemin, která by umožňovala další zpracování tohoto materiálu, leží při 95%ní hustotě podle Proctora (ve vlhké oblasti Proctorovy křivky) na hranici 17,5 % (podle půdně mechanického výpočtu na 21,2 %).

Sprašová hlína, která obsahovala přebytek vody, se přiaár.ím 10 % hmotnostních suchého kalu (kalu TS 90), vypeč15 teno ze sušinového podílu v kalu a vztaženého na sušinu zeminy, získal mechanicky zhutnitelný a plasticky deformovatelný útvar. Přidáním suchého kalu v hmotnostního množství 15 % by bylo možno vytvořit materiál, který je dobře zhutnitelný mechanickým zhutňovacím zařízením. Půdní útvar odpovídal s ohledem na svou zhutnitelnost přírodním vlastnostem přírodní sprašové hlíny s optimální vlhkostí, která je nejvýhodnější pro zhutňování a která je rovna přibližné 14 %. Při obsahu suchého kalu pohybujícím se v hmotnostním množství kolem 20 % se vytvořil velmi suchý zeminový útvar, který bylo možno velmi dobře zhutňovat a ze kterého nebyla při intenzivním mechanickém zhutňování vytlačována žádná voda, což odpovídá přibližně 95 % Proctorovy hustoty v suché větvi Proctorovy křivky.

Jílovitá hlína z tabulky II rovněž není v důsledku obsahu vody 25,9 % a své kašovité konzistence zpracovatelná zhutňováním. V tomto případě se již přidáním hmotnostního množství 10 % kalu TS 90 dosáhne mechanické zhutnitelnosti směsi. Zemina byla však v tomto případě ještě výrazně plasticky deformovatelná. Přidáním příměsi v hmotnostním množství 15 % bylo možno zeminový materiál dobře zhutňovat. Přidání hmotnostního množství 20 % příměsí velmi výrazně zvýšilo hutnitelnost směsi. Při samotném intenzivním mechanickém zhutňování se ze zeminy neuvolňovala žádná voda (tento stav odpovídá přibližně 95 % Proctorovy hustoty v suché větvi Proctorovy křivky).

Tabulky I a II ukazují výrazné zlepšení smršťovacího chování vazných zemin po přidání kalu TS 90. Přírodní sprašová hlína má při vlhkosti 16, 7 % smrštění kolem 6,7 % objemových a při vlhkosti 20,0 % smrštěni 20,0 % objemových (tabulka I, sloupec 4, řádky 5 a 9). Po přidání 20,0 % kalu TS 90 činí smrštění při vlhkosti 18,5 % jen 2,9 % objemových (tabulka I, sloupec 2, řádky 1 a 6 zdola), to znamená smršťo16 vání se zmenšilo na méně než polovinu. Naproti tomu není možno při přidání stejného množství (počítáno na obsah sušiny) kalu TS 30 dosáhnout zlepšení smršťovacího chování; odpovídající směs zemin má při vlhkosti 18,3 % hodnotu smrštění

10,1 % objemových (tabulka I, sloupec 3, řádky 1 a 13 zdola).

Podobně výrazného zlepšení smršťovacího chování je možno pozorovat také u jílovitých zemin. Z tabulky II je patrno, že přírodní jílovitá zemina má při vlhkosti 20,8 % smrštění

21.8 % (sloupec 4, řádky 5a 10). Po přidání hmotnostního množství 20 % kalu TS 90 se smrštění sníží na hodnotu jen

10.8 % (tabulka II, sloupec 2, poslední řádek) přesto, že vlhkost směsi zemin, která je 23,7 %, je výrazně větší než vlhkost čisté zeminy (20,8 %). Vlhkým kalem TS 30 se tohoto zlepšení smršťovacího chování nedosáhne (smrštění činí 20,4 % oproti pouze 10,8 % u kalu TS 90), i když se dosáhlo určitého zlepšení oproti výchozí jílovité hlíně.

V následujících příkladných provedeních znamená W_Qp_tvlhkost ve vrcholovém bodu Proctorovy křivky, to znamená vlhkost při optimální hutnitelnosti, hodnota W 95 % suchá vlhkost při 95 % Proctorovy hustoty v suché větvi Proctorovy křivky a hodnota W 95 % vlhká vlhkost při 95 % Proctorovy hustoty ve vlhké větvi Proctorovy křivky, jak je to patrno z obr. 2.

Pro sprašovou hlínu z tabulky I jsou půdně mechanické Proctorovy hodnoty uvedeny v následující tabulce III.

Tabulka III. Sprašová hlína

Parametr	Vlhkost (%)	Vlhkost podle půdní mechaniky, %
^wopt	14,2	16,6
W 95 % suchý	12,1	13,8
W 95 % vlhký	17,5	21,2

Jak plyne z tabulky I, sprašová zemina je při vlhkosti 16,7 % (20,0 %) dobře zhutnitelná. Při vlhkosti 20,0 % (25,0 %) má naopak kašovitou konzistenci a není možno ji zhutňovat. Při vlhkosti 18,5 % (22,7 %) tento materiál natolik rozbředá, že již nemůže být strojně zpracováván. Naproti tomu je možno zeminovou směs doplněnou s přidaným kalem TS 90 při vlhkosti

13.5 % (22,7 %) velmi dobře zhutňovat. I při velmi intenzivním strojním zhutňování se ze zeminové směsi neuvolňuje žádná voda; složení této směsi odpovídá v podstatě 95%ní zhutníte!nosti suché větve Proctorovy křivky. Jinými slovy, na rozdíl od výchozí sprašové hlíny, která při své vlhkosti 16,7 % (20,0 %) leží již ve vlhké větvi Proctorovy křivky (vlhkost

17.5 % (21,2 %) odpovídá 95 % Proctorovy hustoty za vlhka) a již při krátkém působení dešťových srážek dosáhne v důsledku pohlcování vody bod ve vlhké větvi Proctorovy křivky, od kterého již další mechanické zpracování není možné (92 % Proctorovy vlhkosti za mokra), má směs zemin s příměsí suchého kalu TS 90 ze sloupce 2 tabulky I tolik vodní rezervy, že při výskytu dešťových srážek se nejprve projevuje dokonce zvýšení zhutnitelnosti až k vrcholovému bodu Proctorovy křivky. Tento materiál může potom pohlcovat ještě další vodu (ve vlhké větvi Proctorovy křivky) při zachování dobrých zhutňovacích schopností až do vlhkosti, odpovídající W 95 %. Přidáním suchého kalu k zemině se rovněž zvýší vodní tolerance a Proctorova křivka se celkově přesune směrem doprava k vyšší vlhkosti. V tom spočívá další rozhodující výhoda způsobu pod18 le vynálezu. Dosud zůstávaly při použití sprašové hlíny podle posledního sloupce tabulky I od určitého množství deštových srážek jen následující možnosti. Buď muselo být staveniště vybaveno ochrannými plachtami proti dešti, kterými byla zemina chráněna před vlivem dalších dešťových srážek, nebo musely být práce zastaveny na tak dlouhou dobu, dokud se sprašová hlína nedostala opět do stavu, ve kterém ji bylo možno strojně zpracovávat. Kromě toho bylo možno provést výměnu zeminy, popřípadě vysušit převlhčenou zeminu v peci s cirkulujícím vzduchem až na přijatelnou vlhkost. Je vcelku bez dalšího vysvětlování zřejmé, že všechna tato opatření jsou spojena s obrovskými náklady, které jsou vyvolány buď přímo použitím dalším materiálů a energie a také nepřímo časovými ztrátami, představovanými zastavením stavebních na neurčitou dobu.

Podobně jako pro sprašové hlíny platí tyto vztahy také pro jílovité hlíny, jak je také patrno z tabulky II. Půdně mechanické Proctorovy hodnoty jsou uvedeny v tabulce IV.

Tabulka III. Jílovitá hlína

Parametr	Vlhkost (%)	Vlhkost podle půdní mechaniky, %
^wo_Pt	18,1	22,1
W 95 % suchý	15,9	18,9
W 95 % vlhký	21,3	27,1

Výchozí hlína z tabulky II je při vlhkosti 25,9 % (35,0 %) kašovitá a není ji možno hutnit. Při vlhkosti 20.8 % (26,3 %) je sice hlína zhutnitelná, ale je dosud měkká. Ze srovnání těchto hodnot již vyplývá, že hlína s vlhkostí 23,7 % (31,1 %) je velmi silně rozbředlá a nachází na hranici kašovití; : stavu. Strojní zpracování hlíny s takto vysokým obsahem vody není v žádném případě možné. Naproti tomu hlínu se stejnou vlhkostí 23,7 % (31,1 %), avšak s příměsí suchého kalu TS 90 z čistíren odpadních vod je možno velmi dobře zhutňovat. Ani při nej intenzivnějším mechanickém zhutňování se z této zeminové směsi neuvolňuje žádná voda. Tento stav odpovídá přibližně 95 % Proctorovy hustoty v suché větvi Proctoroy křivky a má tedy srovnatelné vodní rezervy jako směs sprašové hlíny a kalu TS 90 z čistíren odpadních vod z tabulky I.

V souvislosti s utěsňovacími vlastnostmi zemin s přidaným suchým kalem ukazují hodnoty k uvedené v tabulkách I a II, že přidáním suchého kalu není vyvoláno žádné zhoršení těsnicího účinku zeminy. Pro prokázání tohoto vlivu byly provedeny ještě následující zkoušky.

Těsnicí hodnoty byly určeny podle normy DIN 18127. Při této zkoušce se zkoušená zemina vpravila do válce (Proctorova hrnce) a zhutnila se normovou energií. Podle vlhkosti se potom získalo určité zhutnění zeminy. Ze zjištěných hodnot hustoty zeminy a z různých hodnot obsahu vody se získá tak zvaná Proctorova křivka s maximální hodnotou hustoty pro určitou vlhkost a po obou stranách tohoto maxima hodnoty hustoty klesají pro nižší vlhkost (suchá oblast), popřípadě vyšší vlhkost (vlhká oblast). Pro dosažení lepších utěsňovacích hodnot se pracuje zejména ve vlhké oblasti Proctorovy křivky.

Obr. 2 znázorňuje Proctorovu křivku pro sprašovou hlínu z tabulky I (viz také obr. 1), to znamená závislost zhutnitelnosti sprašové hlíny na vlhkosti (všechny vlhkosti jsou uvedeny v hodnotách vypočtených podle zásad půdní mechaniky). Největší zhutnitelnosti (100 %) je dosaženo při vlhkosti (W_Qp_t) 16,6 %. Na této hodnotě se nachází vrcholový bod Proctorovy křivky. Od tohoto vrcholového bodu směrem doleva, to znamená směrem k nižším hodnotám vlhkosti, probíhá suchá větev Proctorovy křivky a směrem doprava, to znamená směrem k vyšším vlhkostem, probíhá vlhká větev Proctorovy křivky, Dobré zhutnění zeminy je dosahováno až do Proctorovy hustoty 95 %, to znamená sprašová zemina je dobře zpracovatelná pomocí strojních zařízení při vlhkostech pohybujících se v rozsahu od 13,8 dc 21,2 %. Od hodnoty Proctorovy hustoty 92 % již není strojní zpracovatelnost zeminy zajištěna.

Z hlediska vlastností nezbytných pro ukládání směsných zemin do zemní stavební konstrukce a dosažitelných utěsňovacích vlastností se pracuje zejména ve vlhké oblasti Proctorovy křivky. Je však také zřejmé, že zeminová směs nacházející se v suché větvi Proctorovy křivky má větší flexibilitu s ohledem na pohlcování vody. Zatímco je totiž sprašová hlína s vlhkostí 21,2 %, což odpovídá 95 % Proctorovy hustoty ve vlhké větvi Proctorovy křivky, strojně technicky dobře zpracovatelná, klesá tato zpracovatelnost již při poměrně malém pohlcování vody v takovém rozsahu, že se překročí hodnota 92 % Proctorovy hustoty, takže již není zajištěna možnost strojně technického zpracovávání směsi. Naproti tomu má sprašová hlína s vlhkostí 13,8 %, což odpovídá 95 % Proctorovy hustoty v suché větvi Proctorovy křivky, podstatně zvýšenou možnost pohlcování vody, přičemž nejprve se zhutnitelnost ·až do vlhkosti 16,6 % dokonce ještě zvyšuje a potom až do vlhkosti 21,2 % zůstává stále ještě na velmi dobré úrovni.

Sprašová hlína z tabulky I (viz také obr. 1) má při Proctorově hustotě 95 % ve vlhké větvi Proctorovy křivky koeficient propustnosti k = 8.10“¹⁰ m.s^-1. Odpovídající hodnota pro hlínu z tabulky II (viz také obr. 1) činí 8.10“¹⁰ m.s“¹. Hodnoty koeficientu propustnosti pro sprašovou hlínu a jílevitou hlínu s příměsí suchého kalu jsou uvedeny v tabulce V. V tabulce V jsou dále uvedeny ty hodnoty, které byly dosaženy při přídavném použití příměsi práškového vodního skla. Vod» ’ sklo bylo přitom přidáváno v takovém množství, že v půdní vodě vznikl 5%ní roztok vodního skla.

Tabulka V

Příměs kalu TS 90, %	hodnota k sprašové hlíny m.s^-1	hodnota k sprašové hlíny + 5 % vodního skla m.s^-1	hodnota k hlíny m.s^-1
nemletá 0 10 15 20	8,0.10^-107,5.10^-106,0.10^-108,0.10 ¹⁰	9,5.10^-11 7.3.10 ¹¹ 8.2.10	8,0.10^-11 8.4.10^- ¹¹7,2.10 ¹¹ 8.7.10^- ¹¹
mletá 0 10 15 20	8,0.10^-10 4,0.10^-10 2.5.10^- ¹⁰ 3.5.10^- ¹⁰	8,6.10^-11 4.7.10^- ¹¹ 6.8.10^- ¹¹	6,1.10^-11 5.4.10^- ¹¹ 5.9.10^- ¹¹
Příměs kalu TS 70, %
nemletá 17,5	6,2.10^-10	7,5.10^-11	7,7.10^-11
mletá 17,5	2,4.10^-10	5,2.10^-11	5,7.10^-11

Jak vyplývá z tabulky V, neznamená přidání suchého kalu samo o sobě v zásadě žádné zhoršení zhutňovacích vlastností. Při přidávání mletého suchého kalu je dosaženo spíše ještě zlepšení hodnoty k na téměř polovinu desítkové mocniny-. Přitom mohou být těsnicí hodnoty přídavným použitím vodního skla ještě dále zvýšeny o jednu mocninu deseti. U jílovíté hlíny byla zjištěna již u výchozího materiálu velmi nízká hodnota k, která byla rovna 8,0.10^-11 m.s^-1. To podstatně překonává stanovené požadavky na TA odpad a TA komunální odpad, která stanoví hodnotu 1.10^-10 m.s^-1, takže u jílovité hlíny již není nutné další zlepšování jejích těsnicího vlastností přidáváním vodního skla. Toto přidávání by se projevilo tehdy, kdyby se měly vytvářet ještě nižší hodnoty než 8.10^-10 m.s^-1 pro uzavření prostoru s póry a tím také zádrže22 ní škodlivých látek v jílovítých zeminách po velmi dlouhou dobu a které by měly zlepšit kvalitativní měřítka. Tím by byla vytvořena stejně hodnotná, ale podstatné cenově příznivější alternativa k tak zvanému kombinovanému těsnění, vytvářenému na základně skládky.

Z tabulky V vyplývají ve spojení s tabulkami I a II ještě další závěry. Přidáním suchého kalu k vazné zemině nedochází sice nejprve k žádnému zlepšení hodnoty k. Bylo však zjištěno, že zeminy s příměsí suchého kalu mají větší flexibilitu ve vztahu k obsahu vody, při které je možno dosáhnout vynikajících utěsňovacích hodnot. Zatímco totiž přírodní zeminy, například sprašové hlíny a jílovíté hlíny, mají hodnotu k při 95 % Proctorovy hustoty v suché větvi Proctorovy křivky je přibližně o jednu polovinu desítkové mocniny nižší než při 95 % Proctorovy hustoty ve vlhké větvi Proctorovy křivky, není tento jev u zemin obsahujících příměs suchého kalu pozorován. Hodnoty k jsou v suché větvi stejně dobré jako ve vlhké větvi Proctorovy křivky. To představuje další výraznou výhodu pro praktické vytváření těsnění na staveništi.

Pro kontrolu dokonalého zapouzdření škodlivých organických nebo anorganických látek v zemině, které je důležité pro ochranu okolního prostředí před únikem těchto látek, byl připraven vzorek umělé zeminové smési, obsahující:

hmotnostních dílů sprašové hlíny s vlhkostí 16,7 % (20,0 %), obsahující příměs práškového vodního skla (Deposil N) v takovém množství, že vzniká 5%ní roztok vodního skla, 20 hmotnostních dílů kalu TS 90, 50 hmotnostních dílů podzolové zeminy s 15%ním podílem středně- až vysoce viskoznícb minerálních olejů, 50 mg/kg PC3, 68 mg/kg chrómu VI, 180 mg/kg mědi a 1250 mg/kg zinku.

K této směsi byla přidána voda pro dosažení optimální zhutnitelnosti. Po zhutnění se nechalo zhutněné těleso jeden týden odpočívat v klidu. Potom se určovalo eluační chování na válcových vzorcích s průměrem 10 cm a výškou 10 cm s dešťovou vodou mající hodnotu pH 4 as destilovanou vodou mající pH

7. V průběhu eluační doby 3 týdnů se získaly hodnoty uvedeny v tabulce VI, přičemž mezi dešťovou vodou a destilovanou vodou nebyly zjištěny žádné rozdíly.

Tabulka VI

Eluce zemin obsahujících škodlivé látky

Eluční den	Minerální olej (g/1)	PCB (y.g/1)	Méd (mg/l)	Chrom VI (mg/l)	Zinek (mg/l)
1	0,3	<0,01	0,04	0,02	0,02
2	0,1	<0,01	0,03	0,02	<0,01
3	0,1	<0,01	0,03	0,02	<0,01
4	0,2	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
8	0,1	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
9	<0,1	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
10	0,1	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
11	0,1	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
15	0,1	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
16	0,1	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
17	0,2	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
18	0,1	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
22	0,1	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01
23	0,1	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01

Tabulka VI ukazuje vynikající zapouzdření organických a anorganických škodlivých látek. Eluční chování odpovídá třídě skládky 1 (neznečištěná voda).

Claims

PATENTOVÉ

---- <. -o -o ř— 73 —Λ > CO c- . cc Z -< </) ϊ> σ o czx Ϊ CT rc n< O o < σ CO· r— O Cn < XC -X o ί T· rv- -V

1. Způsob utěsňování půdních útvaru, při kterém se na. půdní útvar uloží těsnicí vrstva z vazné zeminy a příměsi, která se potom mechanicky zhutní, vyznačující se tím, že se jako příměs přidá suchý kal nebo kal z čistíren odpadních vod nebo z vodáren s obsahem sušiny nejméně 70 % hmotnostních (kal TS > 70) v hmotnostním množství od 5 do 50 %, vztaženo na obsah sušiny a vypočteno s ohledem na suchou hmotnost zeminy.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m , že se příměs ve formě suchého kalu přidává v hmotnostním množství 10 až 30 %.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se t í m , že se příměs ve formě suchého kalu přidává v hmotnostním množství 15 až 25 %.
4. Způsob podle nároků 1 až 3,vyznačuj ící se tím, že se přidává suchý kal v mleté formě, mající velikost částic menší než 0,6 mm.
5. Způsob podle nároků 1 až 4,vyznačuj ící se tím, že se přidává suchý kal s obsahem sušiny v hmotnostním množství nejméně 80 % (kal TS > 80).
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že se přidá suchý kal s obsahem sušiny v hmotnostním množství nejméně 90 % (kal TS > 90).
7. Způsob podle nároků 1 až 6,vyznačující se tím, že se při výskytu přemokřené zemina přidává suchý kal v takovém množství, že výsledná směs zeminy a příměsí je dob26 ře zhutnitelná strojními hutnícími zařízeními.
8. Způsob podle nároků 1 až 7, vyznačuj ící se tím, že k těsnicí směsi se přidá práškové vodní sklo v takovém množství, že se získá ve vázané půdní vodé těsnicí směsi roztok vodního skla v hmotnostním množství 3 až 10 %.
9. Způsob podle nároků laž8,vyznačující se t í m , že suchý kal a vodní sklo se přidávají do vazné zeminy v jedné pracovní operaci.