⚠ Зашто је челичну шљаку тешко користити

• Висок садржај слободног креча (ф-ЦаО) и слободног магнезијума (ф-МгО) узрокује нестабилност запремине (експанзију, пуцање) током хидратације
• Нижи садржај аморфног стакла од ГГБС - мање реактивне површине за хидрауличку реакцију
• Променљиви састав између топлоте и челика
• Споро развијање чврстоће без хемијске активације
• Резултат: већина се одлаже на депоније или се користи као -под-основно пуњење путева ниске вредности

✅ Могућност алканоламина

• Алканоламини убрзавају растварање шљаке и формирање Ц-С-Х гела, откључавајући латентну хидрауличку реактивност
• –ОХ групише комплексни слободни калцијум, смањујући тенденцију ширења од ф-ЦаО
• Делује синергистички са додатним активаторима (гипс, НаОХ) дајући брзо повећање снаге
• Омогућава 30–60% садржаја шљаке у формулацијама везива за земљиште
• Драматично смањује утешени ЦО₂ у односу на стабилизацију{0}}само портланд цемента

🔗 Механизам 1: Комплексација калцијума - нарушава пасивизирајући слој

Хидроксилне групе алканоламина формирају растворљиве комплексе са Ца²⁺ јонима у раствору пора поред површине шљаке. Хелатирајући слободни калцијум, они спречавају тренутно поновно-таложење Ц-С-Х на површини шљаке - држећи површину „отвореном“ за наставак растварања. Овај ефекат је посебно јак за алканоламине са две –ОХ групе (БДЕА), али такође значајан за појединачне - хидроксилне класе (НБЕА, ДМЕА) у довољној концентрацији. Резултат је трајна, већа брзина растварања која се преводи у бржу и потпунију пуцоланску реакцију.

🔗 Механизам 2: активација фазе Ц₃А и Ц₄АФ

Челична шљака садржи значајне количине калцијум алумината (Ц₃А) и калцијум алуминоферита (Ц₄АФ) фаза које су реактивније од фаза калцијум силиката, али се често недовољно -користе без активације. Алканоламини - посебно терцијарне класе ДМЕА и ДЕАЕ - селективно убрзавају хидратацију ових алуминатних фаза, промовишући формирање етрингита (3ЦаО·Ал₂О₃·3ЦаСО₄·32Х₂О) и хидрата калцијум алумината (ЦАХ). Ови производи брзо испуњавају простор пора, доприносећи раном добијању снаге и обезбеђујући оквир на коме се спорији Ц-С-Х гел формира током 28–90 дана.

🔗 Механизам 3: ф-Ублажавање експанзије ЦаО

Слободни креч (ф-ЦаО) у челичној згури хидратизује у портландит (Ца(ОХ)₂), изазивајући запреминско ширење од приближно 97% - које пуца и нарушава микроструктуру везива ако се не контролише. Хидроксилне групе алканоламина комплекса без Ца²⁺ ослобођене од ф-ЦаО хидратације, смањујући локални скок концентрације калцијума који покреће брзу кристализацију портландита. Овај ефекат „хемијског старења“ смањује склоност бубрењу, чинећи алканоламин-активирану шљаку димензионално стабилнијом од неактивиране шљаке у применама у стабилизованом тлу.

Налази истраживања НБЕА

• При дози од 1–3% на тежину шљаке, НБЕА убрзава 7-дневну чврстоћу на притисак меке глине стабилизоване шљаком за 35–60% у поређењу са само шљаком
• Примарна аминска група показује већу реактивност са Си-О везама на површини шљаке од терцијалних амина, промовишући брже почетно растварање
• НБЕА + гипс (3%) синергија производи 28-дневни УЦС добитак од 40–75% у односу на референтну мешавину у испитивањима стабилизације меког тла
• Ефикасан у челичној згури са садржајем ф-ЦаО до 8% - вишим ф-ЦаО захтева пред-третман
• Објављено у:Грађевински и грађевински материјали, Јоурнал оф Хазардоус Материалс, Примењена наука о глини

Налази истраживања ДМЕА

• У дозама од 0,5–2% ДМЕА селективно убрзава хидратацију Ц₃А и Ц₄АФ у челичној згури, доприносећи непропорционално јачини од 28 дана и 90 дана
• ДМЕА-активирана шљака показује супериорне перформансе у системима са високим-високим садржајем шљаке (40–60% замена шљаке) у односу на мешавине којима доминирају портланд цемент{4}
• Потребни су нижи нивои додавања од НБЕА због веће моларне концентрације по кг (МВ 89 наспрам 103 за НБЕА)
• Системи ДМЕА + шљаке показују смањено испирање Пб, Цд, Зн и Цу из контаминираног земљишта у поређењу са стабилизацијом само вапном{1}}
• Објављено у:Цемент и бетонски композити, Часопис чистије производње, Управљање отпадом

3–7 дана

Рана фаза снаге

Формирање етрингита из активираног Ц₃А + гипса обезбеђује почетно учвршћивање. Стопа повећања чврстоће је 60-80% портланд цемента при једнаком садржају везива.

28 дана

Пуцоланска фаза

Ц-С-Х формирање гела услед растварања шљаке значајно се убрзава. Са ДМЕА + гипсом, 28-дневни УЦС достиже 85–100% референтног портланд цемента при једнаком садржају везива.

90–180 дана

Фаза континуираног добијања

За разлику од портланд цемента, активирана везива за шљаку настављају да добијају снагу након 90–180 дана. Дугорочно-(1-}година) УЦС шљаке активиране алканоламином често премашује референцу портланд цемента за 10–25%.

1⃣ Повишење пХ → таложење метала

Раствор у алкалним порама настао хидратацијом шљаке (пХ 11–12,5) узрокује таложење већине тешких метала у облику нерастворљивих хидроксида. Олово (Пб²⁺), кадмијум (Цд²⁺), цинк (Зн²⁺), никл (Ни²⁺) и бакар (Цу²⁺) сви имају минимуме растворљивости у опсегу пХ 9–12. Једном преципитирани, ови хидроксиди се физички инкапсулирају у матрицу Ц-С-Х гела који се стврдњава, спречавајући поновно-отапање чак и ако локални пХ касније опадне. Алканоламин доприноси пХ стабилности тако што пуферује раствор пора против смањења пХ вредности изазване карбонизацијом{10}}.

2⃣ Ц-С-Х сорпција гела и структурна инкорпорација

Калцијум силикат хидратни гел (Ц-С-Х) - примарна везујућа фаза - има велику површину (100–700 м²/г) и слојевиту кристалну структуру са високим капацитетом размене јона. Катјони тешких метала (посебно Пб²⁺, Цд²⁺ и Зн²⁺) су уграђени у међуслој Ц-С-Х заменом Ца²⁺ у кристалној решетки. Ова структурна инкорпорација је далеко издржљивија од површинске адсорпције - метала уграђених у Ц-С-Х показује минимално лужење чак и под продуженим ТЦЛП (процедура лужења са карактеристичном токсичношћу) или ЕН 12457 тестирањем шаржног лужења.

3⃣ Алканоламин хелација - додатни слој секвестрације

Хидроксилне и аминске групе резидуалног алканоламина у стабилизованом матриксу могу да формирају координационе комплексе са јонима тешких метала, обезбеђујући додатни механизам секвестрације изван пХ-индуковане преципитације и Ц-С-Х инкорпорације. Подаци истраживања о земљишту стабилизованом ДМЕА{4} показују да су концентрације Пб процедних вода у ТЦЛП тестовима 40–65% ниже од портланд цемента-само референце при једнакој дози везива -, разлика која се делимично приписује овом ефекту хелације који делује заједно са другим путевима имобилизације.

📋 Процедура дизајна мешавине

1. Окарактерисати челичну згуру: КСРФ за ф-ЦаО, МгО; КСРД за фазни састав; Блаине финенесс
2. Карактеризирајте земљиште: Аттербергове границе, расподјела величине честица, органски садржај, пХ, профил контаминације (ако је примјењиво)
3. Дизајнирајте пробне мешавине са 3 садржаја везива × 3 дозе алканоламина × 2 нивоа гипса=18 минималне комбинације мешавине
4. Очврснути на 20 степени и 95% РХ; тестирати УЦС на 7, 28 и 90 дана
5. Ако се примењује С/С: такође покрените ТЦЛП или ЕН 12457 тестове лужења на 28-дневним узорцима
6. Изаберите оптималну мешавину на основу критеријума УЦС, процедних вода и трошкова

⚠ Кључна ограничења за проверу

• f-CaO content: if >8%, пре-третирајте шљаку старењем на пари или ограничите садржај шљаке да бисте избегли ширење
• Organic content of soil: if >5%, органска материја омета цементне реакције - додајте креч пре- корак пре третмана
• Окружење-осетљиво на сулфате: ако је сулфат у подземним водама висок, користите мешавину шљаке отпорне на сулфате{1} да бисте избегли експанзију везану за етрингит-
• Горња граница дозе алканоламина: изнад 3% на масу шљаке, повећање снаге на платоу и смањење обрадивости - немојте прекорачити-дозу

−75%

Утеловљени ЦО₂

наспрам Портланд цемента са једнаким садржајем везива (шљака=~50 кг ЦО₂/т; ПЦ=~800 кг ЦО₂/т)

0 кг

Примарна сировина

Челична шљака је индустријски отпадни производ - коришћењем њега као везива у потпуности замењује екстракцију примарног материјала

ЕН 14227

Регулаторни пут

Стандард ЕУ за хидраулична везива за путеве прихвата материјале на бази шљаке{0}}; национални оквирни прописи о отпаду обично дозвољавају С/С третман за ремедијацију браунфилда

🚜-Стабилизација на лицу места (дубоко мешање)

За побољшање меког земљишта коришћењем опреме за дубоко мешање (алат за мешање са једном-или више-осни), алканоламин се претходно-меша са суспензијом шљаке у серијском постројењу пре убризгавања. Однос воде и везивног раствора је типично 0,6–0,8. Алканоламин побољшава флуидност и обрадивост суспензије, смањујући притисак убризгавања и побољшавајући продирање у слојеве меке глине. Минимални пречник стуба: 500 мм; типична дубина уградње: 5–20 м.

🔄 Ек-ситу стабилизација (мешање пугмилл)

Ископано земљиште се помеша са сувом шљаком + раствором алканоламина (или претходно-мешаним течним активатором) у млину или миксеру за мопс. Активирана мешавина се затим враћа у ископ или ставља у предвиђену ћелију за третман. Овај приступ омогућава прецизнију контролу квалитета дизајна мешавине и пожељан је за С/С ремедијацију хетерогеног контаминираног земљишта где је дистрибуција загађивача неправилна.

⏱ Радно време и рок трајања

Алканоламин{0}}активиране мешавине шљаке имају радно време (време до почетног учвршћивања) од 2–6 сати на 20 степени, у поређењу са 0,5–2 сата за мешавине у којима доминира портланд цемент-. Ово продужено време рада је оперативна предност у радовима на стабилизацији великих{8}}области. На температурама изнад 30 степени, радно време се скраћује на 1–3 сата - у складу са тим планирајте дозирање и постављање.

💧 Управљање водом и влагом

Хидрауличка реакција шљаке захтева воду -, али прекомерна влага разблажује везиво и смањује чврстоћу. Оптимална влага за третман је обично ОМЦ (оптимални садржај влаге) + 0–3%. Ако природна влажност земљишта премашује ово, препоручује се претходно-сушење или додавање сувог живог креча (да би се потрошила слободна вода и подигла температура) пре додавања шљаке. Алканоламински активатор се додаје као разблажен водени раствор (концентрација 5–15%) да би се олакшала равномерна дистрибуција током мешања.

П: Да ли је алканоламин{0}}активирана челична шљака одобрена за употребу у регулисаним пројектима санације?

У већини јурисдикција, С/С технологија која користи нове формулације везива је дозвољена под условом да третирани материјал испуњава захтеване критеријуме перформанси (УЦС, концентрације процедних вода, трајност) наведене у пројекту санације. Алканоламин је помоћно средство при ниској концентрацији -, он није примарни састојак везива. Регулаторно прихватање обично захтева: (1) студију третмана која показује усклађеност са ТЦЛП или еквивалентном процедном водом; (2) демонстрација УЦС на 28 дана; (3) карактеризација материјала шљаке укључујући документацију о усклађености са РЕАЦХ; (4) у неким јурисдикцијама, класификација шљаке као производа (не отпада) према важећој оквирној уредби о отпаду. Консултујте се са својим регионалним регулатором животне средине и потврдите класификацију отпада/производа челичне шљаке на почетку пројекта.

П: Да ли сам алканоламин испире из третираног тла и представља ризик за животну средину?

При типичној дози (1–3% на масу шљаке, што одговара 0,1–0,6% на масу сувог земљишта), концентрација алканоламина у процедној води из пора је веома ниска - типично испод 1 мг/Л у стандардним тестовима серијског испирања. И НБЕА и ДМЕА су лако инхерентно биоразградиви (ДМЕА је лако биоразградив према ОЕЦД 301Б), што значи да ће сваки излужени алканоламин бити метаболисан од стране микроорганизама тла. Еколошка процена алканоламина од стране Хеалтх Цанада (2013) и подаци регистрације РЕАЦХ потврђују да нема значајног ризика за воде или копно у овим концентрацијама. Алканоламин се такође делимично везује у структури Ц{{11}С-Х гела током времена, додатно смањујући његову мобилност.

П: Може ли ова технологија да третира земљиште{0}}контаминирано арсеном?

Арсен представља другачији изазов имобилизације од већине тешких метала. При високом пХ (изнад 10), арсенат (Ас(В)) формира нерастворљиве талоге калцијум арсената - које подстиче алкално везиво шљаке. Међутим, арсенит (Ас(ИИИ), покретљивији и токсичнији облик) је мање ефикасно имобилисан при високом пХ и може захтевати додатни третман. За локације контаминиране арсеном{5}}, препоручује се додавање жељезног сулфата (ФеСО₄) у мешавину - гвожђе-копреципитација са арсеном- која производи нерастворљив гвожђе арсенат при било ком пХ. Комбинација алканоламин-активиране шљаке (за механичку чврстоћу и имобилизацију других тешких метала) плус гвожђе сулфат (за арсен{11}}специфичан третман) је ефикасан приступ двоструког-механизма документован у литератури.

П: Како алканоламин{0}}активирана шљака делује у сеизмичким зонама или подручјима склоним циклусима влажења/сушења?

За сеизмичке примене, кључни критеријум је да стабилизовани материјал не треба да буде крт - већ да се деформише без изненадног лома. Алканоламин-активирана везива за шљаку, када се очврсну на УЦС у опсегу од 500–800 кПа, показују већи однос напрезања-према-отпорима него тла стабилизована Портланд цементом- на еквивалентном УЦС-у, што их чини погодним за сеизмичку стабилизацију тла које се може течно растопити. Што се тиче издржљивости на влажење/сушење, везива на бази шљаке- су генерално упоредива са Портланд цементом - Ц-С-Х гел је стабилан у присуству воде. Кључна рањивост је напад сулфата ако је садржај сулфата у подземној води висок (изнад 1500 мг/Л СО₄²⁻) - мешавине шљаке отпорне на сулфат- или Портланд шљака цемент (ПСЦ) треба да се користе у окружењима богатим сулфатима-.

П: Где могу набавити челичну шљаку за употребу у стабилизацијским пројектима?

Челична шљака је доступна директно из интегрисаних челичана (БОФ шљака, ЕАФ шљака) и секундарних постројења за производњу челика. У већини земаља је класификован као ко-производ, а не отпад, што значи да се може комерцијално продати без дозволе за управљање отпадом. Кључни захтеви спецификације за геотехничку употребу: Блејнова финоћа већа или једнака 280 м²/кг; ф-Садржај ЦаО мањи или једнак 8%; МгО Мање или једнако 10%; губитак при паљењу Мањи или једнак 3%. Кинески, јапански и европски произвођачи челика су највећи добављачи обрађене и квалитетне -сертификоване челичне шљаке за примену у грађевинарству. Синолоок Цхемицал испоручује активатор алканоламина (НБЕА, ДМЕА) за употребу са челичном шљаком од било ког добављача - контактирајте нас за препоручене протоколе дизајна мешавине и количине узорака за вашу студију о третирању.