⚠️ Kodėl plieno šlaką sunku naudoti

• Didelis laisvųjų kalkių (f-CaO) ir laisvojo magnio (f-MgO) kiekis sukelia tūrio nestabilumą (išsiplėtimą, įtrūkimą) hidratacijos metu
• Mažesnis amorfinio stiklo kiekis nei GGBS - mažesnis reaktyvaus paviršiaus plotas hidraulinei reakcijai
• Kintama sudėtis tarp karščio ir plieno rūšių
• Lėtas stiprumo vystymasis be cheminio aktyvavimo
• Rezultatas: didžioji dalis išvežama į sąvartynus arba naudojama kaip mažos-vertės kelio dalis-pagrindinis užpildymas

✅ Alkanolamino galimybė

• Alkanolaminai pagreitina šlako tirpimą ir C-S-H gelio susidarymą, atrakina latentinį hidraulinį reaktyvumą
• –OH grupės kompleksuoja laisvą kalcį, sumažindamos plėtimosi tendenciją nuo f{0}}CaO
• Veikia sinergiškai su papildomais aktyvatoriais (gipsu, NaOH), kad greitai padidintų stiprumą
• Įgalina 30–60 % šlako kiekį dirvožemio rišiklio kompozicijose
• Dramatiškai sumažina įkūnytą CO₂, palyginti su tik portlandcemenčio{0}}stabilizavimu

🔗 1 mechanizmas: kalcio kompleksų susidarymas -, suardantis pasyvuojantį sluoksnį

Alkanolamino hidroksilo grupės sudaro tirpius kompleksus su Ca²⁺ jonais porų tirpale, esančiame šalia šlako paviršiaus. Sudarydami chelatą laisvą kalcį, jie neleidžia nedelsiant -nusodinti C-S-H ant šlako paviršiaus -, todėl paviršius išlieka „atviras“, kad toliau tirptų. Šis poveikis ypač stiprus alkanolaminams, turintiems dvi –OH grupes (BDEA), bet taip pat reikšmingas vieno -hidroksilo klasėms (NBEA, DMEA), esant pakankamai koncentracijai. Rezultatas yra ilgalaikis, didesnis tirpimo greitis, kuris reiškia greitesnę ir pilnesnę pucolaninę reakciją.

🔗 2 mechanizmas: C₃A ir C₄AF fazių aktyvinimas

Plieno šlake yra daug kalcio aliuminato (C₃A) ir kalcio aliuminoferito (C₄AF) fazių, kurios yra reaktyvesnės už kalcio silikato fazes, bet dažnai nepakankamai{0}}naudojamos be aktyvavimo. Alkanolaminai -, ypač tretinės klasės DMEA ir DEAE -, selektyviai pagreitina šių aliuminato fazių hidrataciją, skatindami ettringito (3CaO·Al2O₃·3CaSO₄·32H2O) ir kalcio aliuminato hidrato (CAH) susidarymą. Šie produktai greitai užpildo poras, prisideda prie ankstyvo stiprumo padidėjimo ir sudaro pagrindą, ant kurio per 28–90 dienų susidaro lėtesnis C-S-H gelis.

🔗 3 mechanizmas: f-CaO išsiplėtimo mažinimas

Plieno šlake esančios laisvos kalkės (f-CaO) hidratuojasi į portlanditą (Ca(OH)₂), sukeldamos maždaug 97 % - tūrio išsiplėtimą, kuris, jei nekontroliuojamas, sutrūkinėja ir ardo rišiklio mikrostruktūrą. Alkanolaminų komplekso hidroksilo grupės laisvo Ca²⁺ išsiskiria iš f-CaO hidratacijos, sumažindamos vietinį kalcio koncentracijos šuolį, kuris skatina greitą portlandito kristalizaciją. Šis „cheminio senėjimo“ efektas sumažina brinkimo tendenciją, todėl alkanolamino -aktyvinto šlako matmenys yra stabilesni nei neaktyvuoto šlako, naudojant stabilizuotą dirvą.

NBEA tyrimų rezultatai

• Kai dozė yra 1–3 % šlako svorio, NBEA padidina šlaku stabilizuoto minkšto molio stiprumą gniuždant 35–60 % per 7 - dienas, palyginti su vien šlaku.
• Pirminė aminų grupė pasižymi didesniu reaktyvumu su šlako paviršiaus Si-O jungtimis nei tretiniai aminai, skatinant greitesnį pradinį tirpimą
• NBEA + gipso (3%) sinergija per 28 dienas UCS padidina 40–75%, palyginti su etaloniniu mišiniu, atliekant minkšto dirvožemio stabilizavimo bandymus.
• Veiksmingas plieno šlakuose, kurių f-CaO kiekis yra iki 8 % - didesnis, f-CaO reikalauja išankstinio apdorojimo
• Paskelbta:Statybinės ir statybinės medžiagos, Pavojingų medžiagų žurnalas, Taikomasis molio mokslas

DMEA tyrimo rezultatai

• 0,5–2 % dozės DMEA selektyviai pagreitina C₃A ir C4AF hidrataciją plieno šlake, todėl neproporcingai prisideda prie 28 ir 90 dienų stiprumo.
• DMEA-aktyvintas šlakas pasižymi geresniu efektyvumu naudojant didelio-šlako (40–60 % šlako pakeitimo) sistemose, palyginti su portlandcemenčio-mišiniais, kuriuose dominuoja
• Reikalingas mažesnis nei NBEA papildymo lygis dėl didesnės molinės koncentracijos kilograme (MW 89 ir 103 NBEA)
• DMEA + šlako sistemos rodo mažesnį Pb, Cd, Zn ir Cu išplovimą iš užteršto dirvožemio, palyginti su stabilizavimu tik kalkėmis
• Paskelbta:Cemento ir betono kompozitai, Švaresnės gamybos žurnalas, Atliekų tvarkymas

3-7 dienas

Ankstyvoji stiprumo fazė

Etringito susidarymas iš aktyvuoto C₃A + gipso suteikia pradinį standumą. Stiprumo padidėjimas yra 60–80% portlandcemenčio esant vienodai rišiklio kiekiui.

28 dienos

Pozolaninė fazė

C-S-H gelio susidarymas tirpstant šlakui žymiai pagreitėja. Naudojant DMEA + gipsą, 28 dienų UCS pasiekia 85–100% etaloninio portlandcemenčio, esant vienodam rišiklio kiekiui.

90-180 dienų

Tęsiamas stiprinimo etapas

Skirtingai nuo portlandcemenčio, aktyvinto šlako rišikliai ir toliau stiprėja 90–180 dienų. Ilgalaikis (1-metų) alkanolaminu aktyvinto šlako UCS dažnai viršija portlandcemenčio standartą 10–25 %.

1️⃣ pH pakilimas → metalo nusodinimas

Dėl šlako hidratacijos susidarančio šarminio porų tirpalo (pH 11–12,5) dauguma sunkiųjų metalų nusėda kaip netirpūs hidroksidai. Švino (Pb²⁺), kadmio (Cd²⁺), cinko (Zn²⁺), nikelio (Ni²⁺) ir vario (Cu²⁺) tirpumo minimumai yra 9–12 pH diapazone. Nusodinus, šie hidroksidai yra fiziškai inkapsuliuojami į kietėjančią C-S-H gelio matricą, užkertant kelią pakartotiniam-tirpimui, net jei vietinis pH vėliau nukrenta. Alkanolaminas prisideda prie pH stabilumo, nes apsaugo porų tirpalą nuo karbonizacijos{10}}sumažėjusio pH.

2️⃣ C-S-H gelio sorbcija ir struktūrinis įtraukimas

Kalcio silikato hidrato gelis (C-S-H) - pirminė surišimo fazė - turi didelį paviršiaus plotą (100–700 m²/g) ir sluoksniuotą kristalų struktūrą, pasižyminčią dideliu jonų mainų pajėgumu. Sunkiųjų metalų katijonai (ypač Pb²⁺, Cd²⁺ ir Zn²⁺) yra įtraukiami į C-S-H tarpinį sluoksnį, pakeičiant Ca²⁺ kristalinėje gardelėje. Šis struktūrinis įterpimas yra daug patvaresnis nei paviršiaus adsorbcijos - metalai, įtraukti į C-S-H, rodo minimalų išplovimą net ir taikant išplėstinį TCLP (toksiškumo charakteristikos išplovimo procedūrą) arba EN 12457 partijos išplovimo bandymą.

3️⃣ Alkanolamino chelatinis - papildomas sekvestracijos sluoksnis

Stabilizuotoje matricoje esančios likusio alkanolamino hidroksilo ir amino grupės gali sudaryti koordinacinius kompleksus su sunkiųjų metalų jonais, suteikdamos papildomą sekvestracijos mechanizmą, be pH{0}}sukeliamų kritulių ir C-S-H įtraukimo. DMEA-stabilizuoto dirvožemio tyrimų duomenys rodo, kad Pb filtrato koncentracijos TCLP bandymuose yra 40–65 % mažesnės nei portlandcemenčio-tik nuorodos, kai rišiklio dozė yra vienoda -. Skirtumas iš dalies susijęs su šiuo chelatiniu efektu, veikiančiu kartu su kitais imobilizacijos būdais.

📋 Mišinio dizaino procedūra

1. Apibūdinkite plieno šlaką: XRF f-CaO, MgO; XRD fazinei kompozicijai; Bleino smulkmena
2. Apibūdinkite dirvožemį: Atterbergo ribas, dalelių dydžio pasiskirstymą, organinių medžiagų kiekį, pH, užterštumo profilį (jei taikoma)
3. Sukurkite bandomuosius mišinius su 3 rišiklio kiekiais × 3 alkanolamino dozėmis × 2 gipso kiekiais=18 mišinių deriniai mažiausiai
4. Kietėja esant 20 laipsnių ir 95 % santykiniam drėgnumui; išbandykite UCS 7, 28 ir 90 dienų
5. Jei taikoma S/S: taip pat atlikite TCLP arba EN 12457 išplovimo testus 28 dienų mėginiams
6. Pasirinkite optimalų mišinį pagal UCS, filtrato ir sąnaudų kriterijus

⚠️ Pagrindiniai apribojimai, kuriuos reikia patikrinti

• f-CaO content: if >8 %, iš anksto apdorokite šlaką sendindami garais arba apribokite šlako kiekį, kad išvengtumėte išsiplėtimo
• Organic content of soil: if >5%, organinės medžiagos trukdo cementinėms reakcijoms - pridėti kalkių pirminio-apdorojimo veiksmas
• Sulfatui-jautri aplinka: jei požeminio vandens sulfatas yra didelis, naudokite sulfatui-atsparų šlako mišinį, kad išvengtumėte su ettringitu-susijusio išsiplėtimo
• Alkanolamino dozės ribos: virš 3 % šlako svorio, stiprumas didėja, o darbingumas mažėja - neviršykite{2}} dozės

−75%

Įkūnytas CO₂

palyginti su portlandcemenčiu, kurio rišiklio kiekis yra vienodas (šlakas=~50 kg CO₂/t; PC=~800 kg CO₂/t)

0 kg

Pirminė žaliava

Plieno šlakas yra pramoninių atliekų produktas -, naudojant jį kaip rišiklį, visiškai išstumiamas pirminės medžiagos išgavimas

EN 14227

Reguliavimo kelias

ES hidraulinių kelių rišamųjų medžiagų standartas priima šlako{0}} medžiagas; nacionaliniai atliekų pagrindų reglamentai paprastai leidžia S/S tvarkyti apleistas teritorijas

🚜 Stabilizavimas in{0}}situ (gilus maišymas)

Norint pagerinti minkštą dirvą naudojant giluminio maišymo įrangą (vienos-ašios arba kelių-ašių maišymo įrankius), alkanolaminas iš anksto-sumaišomas su šlako srutomis partijos gamykloje prieš įpurškimą. Srutų vandens ir rišiklio santykis paprastai yra 0,6–0,8. Alkanolaminas pagerina srutos sklandumą ir apdirbamumą, sumažina įpurškimo slėgį ir pagerina prasiskverbimą į minkšto molio sluoksnius. Minimalus kolonėlės skersmuo: 500 mm; tipinis įrengimo gylis: 5–20 m.

🔄 Ex{0}}situ stabilizavimas (mopso malūnų maišymas)

Iškastas gruntas sumaišomas su sausu šlaku + alkanolamino tirpalu (arba iš anksto sumaišytu skystu aktyvatoriumi) mopso malūne arba mopso maišytuve. Tada aktyvuotas mišinys grąžinamas į iškasą arba dedamas į tam skirtą apdorojimo kamerą. Šis metodas leidžia tiksliau kontroliuoti mišinio konstrukcijos kokybę ir yra pageidautinas atliekant S/S valymą heterogeniniam užterštam dirvožemiui, kai teršalų pasiskirstymas yra netolygus.

⏱️ Darbo laikas ir tinkamumo laikas

Alkanolamino -aktyvuoto šlako mišinių veikimo laikas (laikas iki pradinio sukietėjimo) 20 laipsnių temperatūroje yra 2–6 valandos, palyginti su 0,5–2 valandomis portlandcemenčio -mišiniuose. Šis pailgintas darbo laikas yra privalumas atliekant didelio ploto stabilizavimo darbus. Esant aukštesnei nei 30 laipsnių temperatūrai, darbo laikas sutrumpėja iki 1–3 valandų - atitinkamai planuokite partiją ir išdėstymą.

💧 Vandens ir drėgmės valdymas

Hidraulinei šlako reakcijai reikia vandens -, tačiau per didelė drėgmė atskiedžia rišiklį ir sumažina stiprumą. Optimali apdorojimo drėgmė paprastai yra OMC (optimalus drėgmės kiekis) + 0–3%. Jei natūrali dirvožemio drėgmė viršija tai, prieš įdedant šlaką rekomenduojama iš anksto išdžiovinti-arba įpilti sausų negesintų kalkių (kad suvartotumėte laisvą vandenį ir pakeltumėte temperatūrą). Alkanolamino aktyvatorius pridedamas kaip atskiestas vandeninis tirpalas (5–15% koncentracija), kad maišymo metu būtų lengviau pasiskirstyti.

Kl.: Ar alkanolamino-aktyvuoto plieno šlaką leidžiama naudoti reguliuojamuose valymo projektuose?

Daugumoje jurisdikcijų S/S technologija, kurioje naudojamos naujos rišiklio formulės, yra leidžiamas, jei apdorota medžiaga atitinka reikalaujamus veikimo kriterijus (UCS, filtrato koncentracija, ilgaamžiškumas), nurodytus ištaisymo projekte. Alkanolaminas yra mažos koncentracijos perdirbimo pagalbinė medžiaga -, tai nėra pagrindinė rišiklio sudedamoji dalis. Normatyviniam pripažinimui paprastai reikia: 1) apdorojamumo tyrimo, įrodančio TCLP arba lygiaverčio filtrato atitiktį; (2) UCS demonstravimas po 28 dienų; 3) šlako medžiagų apibūdinimas, įskaitant REACH atitikties dokumentus; (4) kai kuriose jurisdikcijose šlako klasifikavimas kaip produktas (ne atliekos) pagal taikomą atliekų pagrindų reglamentą. Kreipkitės į savo regioninį aplinkosaugos reguliuotoją ir projekto pradžioje patvirtinkite plieno šlako atliekų / produktų klasifikaciją.

K: Ar pats alkanolaminas išsiplauna iš apdoroto dirvožemio ir kelia pavojų aplinkai?

Įprastomis dozėmis (1–3 % šlako masės, o tai atitinka 0,1–0,6 % sauso dirvožemio masės) alkanolamino koncentracija porų vandens filtrate yra labai maža -, paprastai mažesnė nei 1 mg/l atliekant standartinius partijos išplovimo bandymus. Tiek NBEA, tiek DMEA yra lengvai biologiškai skaidūs (DMEA yra lengvai biologiškai skaidomi pagal OECD 301B), o tai reiškia, kad bet koks išplautas alkanolaminas bus metabolizuojamas dirvožemio mikroorganizmų. „Health Canada“ atliktas alkanolaminų aplinkosaugos vertinimas (2013 m.) ir REACH registracijos duomenys patvirtina, kad esant tokioms koncentracijoms, didelės rizikos vandens ar sausumos aplinkai nėra. Laikui bėgant alkanolaminas taip pat iš dalies prisijungia prie C-S-H gelio struktūros, todėl dar labiau sumažėja jo mobilumas.

Kl.: Ar ši technologija gali apdoroti arsenu{0}}užterštą dirvą?

Arsenas kelia kitokį imobilizacijos iššūkį nei dauguma sunkiųjų metalų. Esant aukštam pH (virš 10), arsenatas (As(V)) sudaro netirpias kalcio arsenato nuosėdas -, kurias skatina šarminis šlako rišiklis. Tačiau arsenitas (As(III), judresnė ir toksiškesnė forma) yra mažiau veiksmingai imobilizuojamas esant aukštam pH ir gali prireikti papildomo apdorojimo. Arsenu{5}}užterštose vietose rekomenduojama į mišinį pridėti geležies sulfato (FeSO₄), naudojant - geležies-arseno ko- nusodinimą, esant bet kokiam pH, susidaro netirpus geležies arsenatas. Alkanolamino{10}}aktyvinto šlako (mechaniniam stiprumui ir kitų sunkiųjų metalų imobilizavimui) ir geležies sulfato derinys (specifiniam arseno apdorojimui) yra veiksmingas dvejopo{12}mechanizmo metodas, aprašytas literatūroje.

Kl.: kaip alkanolamino{0}}aktyvuotas šlakas veikia seisminėse zonose arba vietose, kuriose vyksta drėkinimo / džiūvimo ciklai?

Naudojant seisminius įrenginius, pagrindinis kriterijus yra tai, kad stabilizuota medžiaga neturėtų būti trapi - ji turėtų deformuotis be staigaus gedimo. Alkanolamino -aktyvinto šlako rišikliai, sukietėję iki UCS 500–800 kPa diapazone, pasižymi didesniu deformacijų -ir-sugedimo santykiu nei portlandcemenčio- stabilizuoto dirvožemio esant lygiavertei UCS, todėl jie tinkami seisminiam suskystintos žemės stabilizavimui. Dėl drėgmės ir (arba) džiūvimo patvarumo šlako -pagrindo rišamosios medžiagos paprastai veikia panašiai kaip portlandcementis - C-S-H gelis yra stabilus, kai yra vandens. Pagrindinis pažeidžiamumas yra sulfatų ataka, jei požeminio vandens sulfatų kiekis yra didelis (daugiau nei 1500 mg/l SO₄²⁻) - sulfatui-atsparūs šlako mišiniai arba Portlando šlako cementas (PSC) turėtų būti naudojami aplinkoje, kurioje yra daug sulfatų.

K: Kur galiu gauti plieno šlako, skirto naudoti stabilizavimo projektuose?

Plieno šlaką galima gauti tiesiogiai iš integruotų plieno gamyklų (BOF šlako, EAF šlako) ir antrinių plieno gamybos įrenginių. Daugumoje šalių jis klasifikuojamas kaip bendras produktas, o ne kaip atliekos, o tai reiškia, kad jis gali būti parduodamas komerciniais tikslais be atliekų tvarkymo leidimo. Pagrindiniai geotechninio naudojimo specifikacijų reikalavimai: Blaino smulkumas Didesnis arba lygus 280 m²/kg; f-CaO kiekis Mažiau arba lygus 8 %; MgO Mažiau arba lygus 10 %; degimo nuostoliai Mažiau arba lygūs 3%. Kinijos, Japonijos ir Europos plieno gamintojai yra didžiausi perdirbto ir kokybiško-sertifikuoto plieno šlako, skirto statyboms, tiekėjai. „Sinolook Chemical“ tiekia alkanolamino aktyvatorių (NBEA, DMEA), skirtą naudoti su plieno šlaku, iš bet kurio tiekėjo - susisiekite su mumis dėl rekomenduojamų mišinio projektavimo protokolų ir mėginių kiekių jūsų apdorojamumo tyrimui.