Výzkum vlivu krátkých vyztužených vláken na mechanicko-fyzikální vlastnosti popílku

Abstract

Spalování uhlí v tepelných elektrárnách je v současnosti stále jedním z hlavních zdrojů elektrické energie po celém světě. Přestože tento proces prochází velkými modernizacemi, jednou z největších nevýhod zůstává produkce velkého množství odpadu, mezi který se řadí i úletový popílek. Pokud se nezajistí jeho další využívání, stává se z popílku odpadní materiál, který je dále ukládán na odkalištích a skládkách. Tento způsob ukládání není v souladu s dnešními požadavky na ochranu životního prostředí. Česká republika patří mezi největší producenty tohoto odpadu v přepočtu na jednoho obyvatele a v současné době se v ČR recykluje přibližně jen 20 až 30% vyrobeného popílku. Je tedy nutné nalézat další způsoby, jak z přebytečného odpadního materiálu vytvářet materiál nový, který lze s výhodou použít při výstavbě. Disertační práce se věnuje metodě zlepšování geotechnických vlastností popílku pomocí přidání malého obsahu krátkých plastových vláken, tzv. mikrovyztužování. Výzkum je rozdělen do několika částí. Pomocí geotechnických laboratorních metod výzkumu je sledován vliv obsahu vláken na napjatostně-deformační chování popílku. Bylo ověřeno, že přidáním vláken lze pozitivně ovlivnit chování tohoto materiálu např. eliminovat vznik smykových ploch a změnit křehké chování po dosažení maximálního napětí na duktilní. Vyztužený popílek vykazuje větší smykovou pevnost než nevyztužený popílek. Výsledky laboratorního výzkumu jsou dále aplikovány při návrhu nestandartních zemních konstrukcí. Vyztužený popílek je složený ze dvou zcela odlišných materiálů. V práci jsou představeny a aplikovány přístupy vedoucí k homogenizaci materiálu a predikci ekvivalentních smykových parametrů. Na praktickém příkladu násypu na málo únosném podloží je provedena srovnávací analýza násypu z různých materiálů. Analytickými výpočty bylo prokázáno, že přidání vláken má pozitivní na stabilitu svahu. Numerické modelování dále prokázalo, že násypu z vyztuženého popílku na málo únosném podloží vykazují menší deformace než násypy z klasických zemin. V disertační práci je uveden přehled možného využití tohoto nového materiálu v zemních konstrukcích a doporučení pro provádění staveb z vyztuženého popílku. V závěru práce jsou představena témata, která by mohla podněcovat budoucí výzkum dané problematiky.

Nowadays, one of the main sources of energy all over the world is still thermal energy from coal burning. Although the process of coal combustion has gone through many modernizations, one of the biggest disadvantages is production of the great amount of waste products. Fly ash is also coal combustion product. If there is no reuse of this material, it becomes a waste, which has to be stored in a landfills and tailing dams. This causes huge environmental burden. Czech Republic is one of the larger producer of fly ash in the term of per capita. Nowadays, only 20 to 30% of produced fly ash is reused in the Czech Republic. Therefore, it is necessary to find other ways how to make new material from waste material, which can be advantageously used in the construction industry. The dissertation deals with the method of improving the geotechnical properties of fly ash by adding a small content of short plastic fibers, so called microreinforcement. Research is divided into several parts. Using geotechnical laboratory research methods, the effect of fiber content on the stress-strain behavior of ash is studied. It has been verified that the addition of fibers can positively influence the behavior of this material eg to eliminate the shear failure surface and to change the brittle behavior on the ductile behavior. Reinforced ash has greater shear strength than non-reinforced ash. The results of laboratory research are also applied when designing non-standard earth structures. Reinforced ash is composed of two completely different materials. In this work, approaches leading to material homogenization and prediction of equivalent shear stress are presented. A comparative analysis of the embankment of various materials is performed on a practical example of the embankment on soft subsoil. Analytical calculations have shown that the addition of fibers has a positive effect on slope stability. Numerical modelling has further shown that the embankment of reinforced ash soft subsoil shows less deformation than conventional soil embankments. The dissertation thesis presents an overview of the possible use of this new material in earth structures and recommendations for building of reinforced ash structures. At the end of the thesis there topics that could incite future research on given issues are presented.