⚠️ Kāpēc tērauda izdedžus ir grūti lietot

• Augsts brīvā kaļķa (f-CaO) un brīvā magnēzija (f-MgO) saturs hidratācijas laikā izraisa tilpuma nestabilitāti (izplešanos, plaisāšanu).
• Mazāks amorfā stikla saturs nekā GGBS - mazāks reaktīvās virsmas laukums hidrauliskajai reakcijai
• Mainīgs sastāvs starp karstumiem un tērauda kategorijām
• Lēna stiprības attīstība bez ķīmiskas aktivizēšanas
• Rezultāts: lielākā daļa tiek apglabāta poligonā vai tiek izmantota kā zemas{0}}vērtības ceļa apakš-bāzes piepildījums

✅ Alkanolamīna iespēja

• Alkanolamīni paātrina izdedžu šķīdināšanu un C-S-H gēla veidošanos, atbloķējot latento hidraulisko reaktivitāti
• –OH grupas kompleksā veido brīvo kalciju, samazinot f{0}}CaO izplešanās tendenci
• Darbojas sinerģiski ar papildu aktivatoriem (ģipsis, NaOH), lai nodrošinātu ātru spēka pieaugumu
• Nodrošina 30–60% izdedžu saturu augsnes saistvielu sastāvos
• Ievērojami samazina ietverto CO₂ un tikai portlandcementa -stabilizāciju

🔗 1. mehānisms: kalcija kompleksa veidošanās -, kas izjauc pasivēšanas slāni

Alkanolamīna hidroksilgrupas veido šķīstošus kompleksus ar Ca²⁺ joniem poru šķīdumā, kas atrodas blakus izdedžu virsmai. Veidojot helātus brīvā kalcija veidā, tie novērš tūlītēju C-S-H nogulsnēšanos uz izdedžu virsmas -, saglabājot virsmu "atvērtu", lai turpinātu šķīšanu. Šis efekts ir īpaši spēcīgs alkanolamīniem ar divām –OH grupām (BDEA), taču tas ir nozīmīgs arī atsevišķai -hidroksilgrupai (NBEA, DMEA) pietiekamā koncentrācijā. Rezultāts ir ilgstošs, lielāks šķīdināšanas ātrums, kas nozīmē ātrāku un pilnīgāku pucolāna reakciju.

🔗 2. mehānisms: C₃A un C₄AF fāzes aktivizēšana

Tērauda izdedži satur ievērojamu daudzumu kalcija alumināta (C₃A) un kalcija aluminoferīta (C₄AF) fāžu, kas ir reaktīvākas nekā kalcija silikāta fāzes, bet bieži vien netiek -izmantotas bez aktivizācijas. Alkanolamīni -, īpaši terciārās pakāpes DMEA un DEAE -, selektīvi paātrina šo alumināta fāžu hidratāciju, veicinot ettringīta (3CaO·Al2O₃·3CaSO₄·32H2O) un kalcija alumināta hidrāta (CAH) veidošanos. Šie produkti ātri aizpilda poras, veicinot agrīnu stiprības palielināšanos un nodrošinot ietvaru, uz kura 28–90 dienu laikā veidojas lēnāks C-S-H gēls.

🔗 3. mehānisms: f-CaO izplešanās mazināšana

Brīvais kaļķis (f-CaO) tērauda sārņos hidrējas par portlandītu (Ca(OH)₂), izraisot tilpuma izplešanos aptuveni par 97% -, kas saplaisā un izjauc saistvielas mikrostruktūru, ja to nekontrolē. Alkanolamīnu kompleksa hidroksilgrupas brīvā Ca²⁺ izdalās no f-CaO hidratācijas, mazinot vietējo kalcija koncentrācijas pieaugumu, kas veicina ātru portlandīta kristalizāciju. Šis "ķīmiskās novecošanās" efekts samazina pietūkuma tendenci, padarot alkanolamīna -aktivētos izdedžus stabilākus par neaktivētiem izdedžiem stabilizētā augsnē.

NBEA pētījumu rezultāti

• Izmantojot 1–3% devu no izdedžu svara, NBEA palielina sārņu stabilizēta mīksta māla spiedes stiprību par 35–60% 7-dienu laikā, salīdzinot ar sārņiem vien.
• Primārajai amīnu grupai ir augstāka reaktivitāte ar sārņu virsmas Si-O saitēm nekā terciārajiem amīniem, veicinot ātrāku sākotnējo izšķīšanu
• NBEA + ģipša (3%) sinerģija nodrošina 28 dienu UCS pieaugumu par 40–75%, salīdzinot ar atsauces maisījumu mīkstas augsnes stabilizācijas izmēģinājumos
• Efektīva tērauda sārņos ar f-CaO saturu līdz pat 8% - augstāku f-CaO ir nepieciešama priekšapstrāde
• Publicēts:Būvmateriāli un celtniecības materiāli, Bīstamo materiālu žurnāls, Lietišķā māla zinātne

DMEA pētījuma rezultāti

• Izmantojot 0,5–2% devu, DMEA selektīvi paātrina C₃A un C₄AF hidratāciju tērauda sārņos, neproporcionāli veicinot 28 dienu un 90 dienu izturību.
• DMEA-aktivētie sārņi uzrāda izcilu veiktspēju augsta-izdedžu sistēmās (40–60% izdedžu aizstāšanas) salīdzinājumā ar portlandcementa{4}}maisījumiem, kuros dominē
• Nepieciešami zemāki pievienošanas līmeņi nekā NBEA, jo ir augstāka molārā koncentrācija uz kg (MW 89 pret 103 NBEA)
• DMEA + izdedžu sistēmas uzrāda mazāku Pb, Cd, Zn un Cu izskalošanos no piesārņotas augsnes, salīdzinot ar stabilizāciju tikai kaļķiem
• Publicēts:Cementa un betona kompozīti, Tīrākas ražošanas žurnāls, Atkritumu apsaimniekošana

3-7 dienas

Agrīna spēka fāze

Etringīta veidošanās no aktivēta C₃A + ģipša nodrošina sākotnējo stingrību. Stiprības palielināšanās koeficients ir 60–80% portlandcementa ar vienādu saistvielas saturu.

28 dienas

Pozolāna fāze

C-S-H gēla veidošanās no izdedžu šķīdināšanas ievērojami paātrinās. Izmantojot DMEA + ģipsi, 28 dienu UCS sasniedz 85–100% no portlandcementa atsauces ar vienādu saistvielas saturu.

90-180 dienas

Turpināta pastiprināšanas fāze

Atšķirībā no portlandcementa, aktivētās sārņu saistvielas turpina nostiprināties 90–180 dienās. Ilgtermiņa-(1-gads) alkanolamīna aktivēto izdedžu UCS bieži pārsniedz portlandcementa standartu par 10–25%.

1️⃣ pH paaugstināšanās → metāla nokrišņi

Sārmains poru šķīdums, ko rada sārņu hidratācija (pH 11–12,5), lielākā daļa smago metālu izgulsnējas kā nešķīstoši hidroksīdi. Svinam (Pb²⁺), kadmijam (Cd²⁺), cinkam (Zn²⁺), niķelim (Ni²⁺) un vara (Cu²⁺) šķīdības minimums ir pH 9–12 diapazonā. Pēc nogulsnēšanas šie hidroksīdi tiek fiziski iekapsulēti cietošajā C-S-H gēla matricā, novēršot atkārtotu-šķīšanu pat tad, ja vietējais pH vēlāk pazeminās. Alkanolamīns veicina pH stabilitāti, buferējot poru šķīdumu pret karbonizācijas{10}} izraisītu pH samazināšanos.

2️⃣ C-S-H gēla sorbcija un strukturālā iekļaušana

Kalcija silikāta hidrāta gelam (C-S-H) - primārajai saistīšanās fāzei - ir liels virsmas laukums (100–700 m²/g) un slāņveida kristāla struktūra ar augstu jonu apmaiņas spēju. Smago metālu katjoni (īpaši Pb²⁺, Cd²⁺ un Zn²⁺) tiek iekļauti C-S-H starpslānī, kristāla režģī aizstājot Ca²⁺. Šis strukturālais iestrādājums ir daudz izturīgāks nekā virsmas adsorbcijas - metāli, kas iekļauti C-S-H, uzrāda minimālu izskalošanos pat tad, ja tiek veikta paplašināta TCLP (toksiskuma raksturīgā izskalošanās procedūra) vai EN 12457 partijas izskalošanās pārbaude.

3️⃣ Alkanolamīna helātu - papildu sekvestrācijas slānis

Alkanolamīna atlikuma hidroksilgrupas un amīna grupas stabilizētajā matricā var veidot koordinācijas kompleksus ar smago metālu joniem, nodrošinot papildu sekvestrācijas mehānismu papildus pH-inducētajiem nokrišņiem un C-S-H iekļaušanai. Pētījumu dati par DMEA-stabilizētu augsni liecina, ka Pb izskalojuma koncentrācija TCLP testos ir par 40–65% zemāka nekā portlandcementa -atsauces tikai pie vienādas saistvielas devas - atšķirība, kas daļēji ir saistīta ar šo helātu veidojošo efektu, kas darbojas kopā ar citiem imobilizācijas ceļiem.

📋 Mix dizaina procedūra

1. Raksturojiet tērauda izdedžus: XRF f-CaO, MgO; XRD fāzes sastāvam; Blēna smalkums
2. Raksturojiet augsni: Aterberga robežas, daļiņu izmēru sadalījums, organisko vielu saturs, pH, piesārņojuma profils (ja piemērojams)
3. Izmēģinājuma maisījumi ar 3 saistvielu saturu × 3 alkanolamīna devām × 2 ģipša līmeņiem=18 vismaz maisījumu kombinācijas
4. Sacietēšana pie 20 grādiem un 95% RH; pārbaudi UCS 7, 28 un 90 dienās
5. Ja S/S lietojums: veiciet arī TCLP vai EN 12457 izskalošanās testus 28 dienu paraugiem
6. Izvēlieties optimālo maisījumu, pamatojoties uz UCS, izskalojuma un izmaksu kritērijiem

⚠️ Galvenie ierobežojumi, kas jāpārbauda

• f-CaO content: if >8%, iepriekš-apstrādājiet izdedžus ar novecošanu ar tvaiku vai ierobežojiet izdedžu saturu, lai izvairītos no izplešanās
• Organic content of soil: if >5%, organiskās vielas traucē cementa reakcijas - pievienot kaļķi, pirmapstrādes posms{2}
• Sulfātu{0}}jutīga vide: ja gruntsūdens sulfāta līmenis ir augsts, izmantojiet sulfātu-izturīgu izdedžu maisījumu, lai izvairītos no ar ettringītu- saistītās izplešanās
• Alkanolamīna devas griesti: virs 3% no izdedžu svara, stiprības pieaugums plato un apstrādājamība samazinās - nepārsniegt-devu

−75%

Iemiesotais CO₂

pret portlandcementu ar vienādu saistvielas saturu (sārņi=~50 kg CO₂/t; PC=~800 kg CO₂/t)

0 kg

Primārā izejviela

Tērauda izdedži ir rūpniecības atkritumu produkts -, izmantojot to kā saistvielu, pilnībā izspiež primārā materiāla ieguvi

EN 14227

Regulēšanas ceļš

ES standarts hidrauliskajām ceļu saistvielām pieņem materiālus, kuru pamatā ir izdedži{0}}; valsts atkritumu pamatnoteikumi parasti atļauj S/S apstrādi degradēto teritoriju sanācijai

🚜 Stabilizācija in{0}}situ (dziļa sajaukšana)

Mīkstas augsnes uzlabošanai, izmantojot dziļās maisīšanas iekārtas (vienas-ass vai vairāku-asu maisīšanas rīkus), alkanolamīns tiek iepriekš-sajaukts ar sārņu vircu partiju rūpnīcā pirms injekcijas. Suspensijas ūdens/saistvielas attiecība parasti ir 0,6–0,8. Alkanolamīns uzlabo suspensijas plūstamību un apstrādājamību, samazinot injekcijas spiedienu un uzlabojot iekļūšanu mīkstos māla slāņos. Minimālais kolonnas diametrs: 500 mm; tipiskais uzstādīšanas dziļums: 5–20 m.

🔄 Ex-situ stabilizācija (pugmill jaukšana)

Izraktā augsne tiek sajaukta ar sausu izdedžu + alkanolamīna šķīdumu (vai iepriekš sajauktu šķidruma aktivatoru) mopšu dzirnavās vai mopšu maisītājā. Pēc tam aktivizētais maisījums tiek atgriezts izrakumos vai ievietots tam paredzētā apstrādes kamerā. Šī pieeja ļauj precīzāk kontrolēt maisījuma dizaina kvalitāti, un tā ir ieteicama neviendabīgas piesārņotas augsnes S/S sanācijai, kur piesārņotāju izplatība ir neregulāra.

⏱️ Darba laiks un lietošanas laiks

Alkanolamīna -aktivēto sārņu maisījumiem darba laiks (laiks līdz sākotnējai sastingšanai) 20 grādu temperatūrā ir 2–6 stundas, salīdzinot ar 0,5–2 stundām portlandcementa- maisījumiem, kuros dominē. Šis pagarinātais darba laiks ir darbības priekšrocība, veicot lielas platības stabilizācijas darbus. Temperatūrā virs 30 grādiem darba laiks saīsinās līdz 1–3 stundām - attiecīgi plānojiet partiju komplektēšanu un izvietojumu.

💧 Ūdens un mitruma pārvaldība

Izdedžu hidrauliskajai reakcijai nepieciešams ūdens -, bet pārmērīgs mitrums atšķaida saistvielu un samazina izturību. Optimālais apstrādes mitrums parasti ir OMC (optimālais mitruma saturs) + 0–3%. Ja dabiskais augsnes mitrums to pārsniedz, pirms izdedžu pievienošanas ieteicams iepriekš-izžāvēt vai pievienot sausu dzēstu kaļķi (lai patērētu brīvu ūdeni un paaugstinātu temperatūru). Alkanolamīna aktivatoru pievieno kā atšķaidītu ūdens šķīdumu (5–15% koncentrācija), lai veicinātu vienmērīgu sadali maisīšanas laikā.

J: Vai alkanolamīna{0}}aktivētā tērauda izdedži ir apstiprināti izmantošanai reglamentētos sanācijas projektos?

Lielākajā daļā jurisdikciju S/S tehnoloģija, kurā izmanto jaunus saistvielu sastāvus, ir atļauta ar nosacījumu, ka apstrādātais materiāls atbilst nepieciešamajiem darbības kritērijiem (UCS, infiltrāta koncentrācija, izturība), kas norādīti sanācijas projektā. Alkanolamīns ir apstrādes palīgviela zemā koncentrācijā -, tā nav galvenā saistvielas sastāvdaļa. Normatīvai pieņemšanai parasti ir nepieciešams: (1) apstrādājamības pētījums, kas parāda TCLP vai līdzvērtīga izskalojuma atbilstību; (2) UCS demonstrācija pēc 28 dienām; (3) izdedžu materiālu raksturojums, tostarp REACH atbilstības dokumentācija; (4) dažās jurisdikcijās izdedžu klasificēšana kā produkts (nevis atkritumi) saskaņā ar piemērojamo atkritumu pamatregulu. Konsultējieties ar savu reģionālo vides regulatoru un apstipriniet tērauda izdedžu atkritumu/produktu klasifikāciju projekta sākumā.

J: Vai pats alkanolamīns izskalojas no apstrādātās augsnes un rada risku videi?

Pie parastās devas (1–3% no izdedžu svara, kas atbilst 0,1–0,6% no sausas augsnes svara) alkanolamīna koncentrācija poru ūdens izskalojumā ir ļoti zema -, parasti zem 1 mg/l standarta partijas izskalošanās testos. Gan NBEA, gan DMEA ir viegli bioloģiski noārdāmi (DMEA ir viegli bioloģiski noārdāms saskaņā ar OECD 301B), kas nozīmē, ka jebkurš izskalots alkanolamīns tiks metabolizēts augsnes mikroorganismiem. Health Canada veiktais alkanolamīnu vides novērtējums (2013) un REACH reģistrācijas dati apstiprina, ka šajās koncentrācijās nav būtiska riska ūdens vai sauszemes. Laika gaitā alkanolamīns arī daļēji saistās C-S-H gēla struktūrā, vēl vairāk samazinot tā mobilitāti.

J. Vai šī tehnoloģija var apstrādāt ar arsēnu{0}}piesārņotu augsni?

Arsēns rada atšķirīgu imobilizācijas izaicinājumu nekā vairums smago metālu. Pie augsta pH (virs 10) arsenāts (As(V)) veido nešķīstošas ​​kalcija arsenāta nogulsnes -, kuras veicina sārmainā izdedžu saistviela. Tomēr arsenīts (As(III), mobilākā un toksiskākā forma) tiek mazāk efektīvi imobilizēts augstā pH gadījumā, un tam var būt nepieciešama papildu apstrāde. Arsēna -piesārņotām vietām ieteicams maisījumam pievienot dzelzs sulfātu (FeSO₄). - dzelzs-arsēna kop-nogulsnēšana rada nešķīstošu dzelzs arsenātu pie jebkura pH. Alkanolamīna{10}}aktivēto sārņu (mehāniskās stiprības un citu smago metālu imobilizācijai) un dzelzs sulfāta (arsēna{11}}īpašai apstrādei) kombinācija ir efektīva divējāda mehānisma pieeja, kas dokumentēta literatūrā.

J. Kā alkanolamīna -aktivētie izdedži darbojas seismiskās zonās vai apgabalos, kas pakļauti mitrināšanas/žūšanas cikliem?

Seismiskiem lietojumiem galvenais kritērijs ir tas, ka stabilizētais materiāls nedrīkst būt trausls - tam jādeformējas bez pēkšņas atteices. Alkanolamīna -aktivētās sārņu saistvielas, sacietējot UCS 500–800 kPa diapazonā, uzrāda augstāku deformācijas -pret-atteices attiecību nekā portlandcementa- stabilizētām augsnēm līdzvērtīgā UCS, padarot tās piemērotas sašķidrināmas zemes seismiskai stabilizācijai. Mitrināšanas/žūšanas noturības dēļ saistvielas, kuru pamatā ir sārņi, -pārsvarā darbojas līdzīgi kā portlandcements - C-S-H gēls ir stabils ūdens klātbūtnē. Galvenā ievainojamība ir sulfātu uzbrukums, ja gruntsūdens sulfātu saturs ir augsts (virs 1500 mg/L SO₄²⁻). Sulfātiem bagātā vidē ir jāizmanto - sulfātu-izturīgi izdedžu maisījumi vai Portlendas izdedžu cements (PSC).

J: Kur var iegūt tērauda izdedžus izmantošanai stabilizācijas projektos?

Tērauda izdedži ir pieejami tieši no integrētajām tērauda rūpnīcām (BOF izdedži, EAF izdedži) un sekundārās tērauda ražošanas iekārtām. Lielākajā daļā valstu tas ir klasificēts kā blakusprodukts, nevis kā atkritumi, kas nozīmē, ka to var pārdot komerciāli bez atkritumu apsaimniekošanas atļaujas. Galvenās specifikācijas prasības ģeotehniskai lietošanai: Blēna smalkums Lielāks vai vienāds ar 280 m²/kg; f-CaO saturs mazāks vai vienāds ar 8%; MgO Mazāks vai vienāds ar 10%; aizdedzes zudumi Mazāki vai vienādi ar 3%. Ķīnas, Japānas un Eiropas tērauda ražotāji ir lielākie apstrādātu un kvalitatīvu -sertificētu tērauda izdedžu piegādātāji celtniecībā. Sinolook Chemical piegādā alkanolamīna aktivatoru (NBEA, DMEA) lietošanai ar tērauda izdedžiem no jebkura piegādātāja - sazinieties ar mums, lai uzzinātu ieteicamos maisījumu izstrādes protokolus un paraugu daudzumu jūsu apstrādājamības pētījumam.