Influence of specific surface of lignite fluidal ashes on rheological properties of sealing slurries

New generation fly ashes come from the combustion of coal in fluid-bed furnaces with simultaneous sulphur-removal from gases at ca. 850°C. Accordingly, all produced ashes basically differ in their physicochemical properties from the traditional silica ones. The aim of the laboratory analyses was determining the influence of specific surface and granular composition of fluidal ash on rheological properties of slurries used for sealing up the ground and rock mass media with hole injection methods, geoengineering works and cementing casing pipes in deep boreholes. Fluidal ash from the combustion of lignite contain active Puzzolan appearing in the form of dehydrated clayey minerals and active components activating the process of hydration ashes, i.e. CaO, anhydrite II and CaCO3. The ashes have a weak point, i.e. their high water diment, which the desired rheological properties related with the range of their propagation in the rock mass cannot not be acquired for injection works in the traditional sealing slurries technology. Increasing the water-to-mixture ratio should eliminate this feature of fluidal ashes. Laboratory analyses were performed for slurries based on metallurgical cement CEM III/A 32,5 having water-to-mixture ratios: 0.5; 0.6 ; 0.7 and 0.8; the fluidal ash concentration in the slurries was 30 wt.% (with respect to the mass of dry cement). Basing on the obtained results there were determined optimum recipes of sealing slurries in view of their rheological parameters which could be applied both in drilling technologies (cementing casing pipes, closing of boreholes, plugging) and in geoengineering works related with sealing up and reinforcing ground and rock mass media.

Popioły lotne nowej generacji powstają ze spalania węgla w kotłach fluidalnych z równoczesnym odsiarczaniem gazów. Proces ten przebiega w temperaturze około 850°C. Zatem powstałe popioły różnią się swoimi właściwościami fizykochemicznymi w sposób zasadniczy od tradycyjnych popiołów krzemionkowych. Celem przeprowadzonych badań laboratoryjnych było określenie wpływu powierzchni właściwej oraz składu ziarnowego popiołów fluidalnych na właściwości reologiczne zaczynów służących do uszczelniania ośrodka gruntowego oraz masywu skalnego metodami iniekcji otworowej, do prac geoinżynieryjnych oraz cementowania kolumn rur okładzinowych w głębokich otworach wiertniczych. Popioły fluidalne powstałe ze spalania węgla brunatnego zawierają w swoim składzie aktywną pucolanę występującą w formie zdehydratyzowanych minerałów ilastych oraz aktywne składniki aktywujące proces hydratacji tych popiołów jakimi są CaO, anhydryt II oraz CaCO3. Słabą stroną tych popiołów jest ich duża wodożądność a tym samym w tradycyjnej technologii zaczynów uszczelniających do prac iniekcyjnych nie uzyskano by pożądanych właściwości reologicznych związanych z promieniem ich rozpływu w górotworze. Zwiększenie współczynnika wodno-mieszaninowego, powinno wyeliminować tą słabszą właściwość popiołów fluidalnych. Badania laboratoryjne przeprowadzono na zaczynach sporządzonych na osnowie cementu hutniczego CEM III/A 32,5 o współczynnikach wodno-mieszaninowych 0.5; 0.6; 0.7 i 0.8, zaś koncentracja popiołu fluidalnego w zaczynach wynosiła 30% (wagowo w stosunku do masy suchego cementu). Na podstawie uzyskanych wyników z badań określono optymalne receptury zaczynów uszczelniających ze względu na ich właściwości reologiczne, które mogą być zastosowane zarówno w technologiach wiertniczych (cementowanie kolumn rur, likwidacja odwiertów, wykonywanie korków) jak i w pracach geoinżynieryjnych związanych z uszczelnieniem i wzmocnieniem ośrodka gruntowego lub masywu skalnego.