⚠️ چرا استفاده از سرباره فولاد دشوار است

• مقدار زیاد آهک آزاد (f{0}}CaO) و منیزیم آزاد (f-MgO) باعث ناپایداری حجم (انبساط، ترک خوردن) در طول هیدراتاسیون می شود.
• محتوای شیشه آمورف کمتر از GGBS - سطح واکنش کمتر برای واکنش هیدرولیکی
• ترکیب متغیر بین گرما و گریدهای فولادی
• رشد کند استحکام بدون فعال سازی شیمیایی
• نتیجه: اکثریت زباله دفن می‌شوند یا به عنوان-زیر ارزش پایین جاده-پرکننده پایه استفاده می‌شوند

✅ فرصت آلکانولامین

• آلکانولامین‌ها انحلال سرباره و تشکیل ژل C{0}}S{{1}H را تسریع می‌کنند و واکنش‌پذیری هیدرولیکی پنهان را باز می‌کنند.
• – OH کلسیم آزاد کمپلکس را گروه‌بندی می‌کند و تمایل به انبساط را از f-CaO کاهش می‌دهد.
• به طور هم افزایی با فعال کننده های مکمل (گچ، NaOH) برای افزایش استحکام سریع کار می کند.
• محتوای 30 تا 60 درصد سرباره را در فرمولاسیون چسباننده خاک فعال می کند
• به طور چشمگیری CO2 تجسم شده را در مقابل سیمان پرتلند{0}}تنها تثبیت

🔗 مکانیسم 1: کمپلکس کلسیم - لایه غیرفعال را مختل می کند

گروه های هیدروکسیل آلکانول آمین کمپلکس های محلول را با یون های Ca2+ در محلول منافذ مجاور سطح سرباره تشکیل می دهند. آنها با کیل کردن کلسیم آزاد، از بارندگی مجدد فوری C-S-H روی سطح سرباره - جلوگیری می‌کنند و سطح را برای ادامه انحلال "باز" ​​نگه می‌دارند. این اثر به ویژه برای آلکانولامین‌های دارای دو گروه –OH (BDEA) قوی است، اما برای گریدهای هیدروکسیل منفرد (NBEA، DMEA) در غلظت کافی نیز قابل توجه است. نتیجه یک سرعت انحلال پایدار و بالاتر است که به واکنش پوزولانی سریعتر و کامل تر تبدیل می شود.

🔗 مکانیسم 2: فعال سازی فاز C3A و C4AF

سرباره فولاد حاوی مقادیر قابل توجهی از فازهای آلومینات کلسیم (C3A) و آلومینوفریت کلسیم (C4AF) است که واکنش پذیرتر از فازهای سیلیکات کلسیم هستند اما اغلب بدون فعال سازی کمتر-استفاده می شوند. آلکانولامین‌ها - به‌ویژه گریدهای درجه سوم DMEA و DEAE - به‌طور انتخابی هیدراتاسیون این فازهای آلومینات را تسریع می‌کنند و اترینگیت (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) و تشکیل هیدراته کلسیم (آلومینات CAH) را تقویت می‌کنند. این محصولات به سرعت فضای منافذ را پر می‌کنند و به افزایش قدرت اولیه کمک می‌کنند و چارچوبی را فراهم می‌کنند که در آن ژل C-S- آهسته‌تر در طی ۲۸ تا ۹۰ روز تشکیل می‌شود.

🔗 مکانیسم 3: f{1}}کاهش گسترش CaO

آهک آزاد (f{0}}CaO) در سرباره فولاد به پرتلندیت (Ca(OH)2 هیدراته می‌شود، که باعث انبساط حجمی تقریباً 97% - می‌شود که در صورت عدم کنترل، ریزساختار بایندر را ترک می‌کند و مختل می‌کند. گروه‌های هیدروکسیل آلکانول آمین‌های کمپلکس Ca2+ آزاد از f{4}}هیدراتاسیون CaO آزاد می‌شوند و افزایش غلظت محلی کلسیم را تعدیل می‌کنند که تبلور سریع پورتلندیت را تحریک می‌کند. این اثر "پیری شیمیایی" تمایل به تورم را کاهش می دهد و سرباره فعال آلکانولامین را از نظر ابعادی پایدارتر از سرباره غیرفعال در کاربردهای خاک تثبیت شده می کند.

یافته های تحقیق NBEA

• با دوز 1 تا 3 درصد بر وزن سرباره، NBEA مقاومت فشاری 7 روزه خاک رس نرم تثبیت شده با سرباره را در مقایسه با سرباره به تنهایی 35 تا 60 درصد تسریع می کند.
• گروه آمین اولیه واکنش پذیری بالاتری با پیوندهای Si-O سطح سرباره نسبت به آمین های سوم نشان می دهد و باعث انحلال اولیه سریع تر می شود.
• هم افزایی NBEA + گچ (3%) باعث افزایش UCS 28 روزه 40 تا 75 درصد نسبت به مخلوط مرجع در آزمایشات تثبیت خاک نرم می شود.
• موثر در سرباره فولاد با f-محتوای CaO تا 8٪ - بالاتر f-CaO نیاز به تصفیه قبلی دارد
• منتشر شده در:ساخت و ساز و مصالح ساختمانی, مجله مواد خطرناک, علوم کاربردی خاک رس

یافته های تحقیق DMEA

• در دوز 0.5-2٪، DMEA به طور انتخابی هیدراتاسیون C3A و C4AF را در سرباره فولاد تسریع می کند و به طور نامتناسبی به استحکام 28 روزه و 90 روزه کمک می کند.
• سرباره فعال شده DMEA در سیستم‌های-سرباره بالا (40 تا 60 درصد جایگزینی سرباره) در مقابل مخلوط‌های تحت سلطه سیمان پرتلند، عملکرد برتر را نشان می‌دهد.
• سطوح افزودنی کمتری نسبت به NBEA به دلیل غلظت مولی بالاتر در کیلوگرم (MW 89 در مقابل 103 برای NBEA)
• سیستم های DMEA + سرباره در مقایسه با تثبیت فقط آهک، کاهش شسته شدن سرب، کادمیوم، روی و مس را از خاک آلوده نشان می دهند.
• منتشر شده در:سیمان و کامپوزیت های بتن, مجله تولید پاکتر, مدیریت پسماند

3-7 روز

مرحله قدرت اولیه

تشکیل اترینگیت از C3A + گچ فعال شده، سفت شدن اولیه را فراهم می کند. نرخ افزایش مقاومت 60 تا 80 درصد سیمان پرتلند در محتوای چسب برابر است.

28 روز

فاز پوزولانی

تشکیل ژل C{0}S{{1}H از انحلال سرباره به طور قابل توجهی تسریع می یابد. با DMEA + گچ، UCS 28 روزه به 85 تا 100 درصد از مرجع سیمان پرتلند در محتوای چسب برابر می رسد.

90-180 روز

فاز افزایش مداوم

بر خلاف سیمان پرتلند، چسباننده های سرباره فعال در 90 تا 180 روز به استحکام خود ادامه می دهند. درازمدت (1{5}}سال) UCS سرباره فعال شده با آلکانولامین اغلب 10 تا 25% از مرجع سیمان پرتلند فراتر می رود.

1️⃣ افزایش pH → بارش فلز

محلول منافذ قلیایی تولید شده توسط هیدراتاسیون سرباره (pH 11-12.5) باعث می شود که بیشتر فلزات سنگین به صورت هیدروکسیدهای نامحلول رسوب کنند. سرب (Pb2+)، کادمیوم (Cd2+)، روی (Zn2+)، نیکل (Ni2+) و مس (Cu2+) همگی دارای حداقل حلالیت در محدوده pH 9-12 هستند. پس از رسوب، این هیدروکسیدها به طور فیزیکی در ماتریس ژل سخت‌کننده C-S-H محصور می‌شوند و از انحلال مجدد-حتی اگر PH موضعی بعداً کاهش یابد، جلوگیری می‌کنند. آلکانولامین با بافر کردن محلول منافذ در برابر کاهش pH ناشی از کربناتاسیون، به پایداری pH کمک می کند.

2️⃣ C{1}}S-جذب ژل H و ترکیب ساختاری

ژل هیدرات سیلیکات کلسیم (C-S-H) - فاز اتصال اولیه - دارای یک سطح بزرگ (100-700 متر مربع در گرم) و ساختار کریستالی لایه‌ای با ظرفیت تبادل یونی بالا است. کاتیون های فلزات سنگین (به ویژه Pb2+، Cd2+، و Zn2+) با جایگزینی Ca2+ در شبکه کریستالی در لایه میانی C{7}}S-H گنجانده می شوند. این ترکیب ساختاری بسیار بادوام‌تر از فلزات جذب سطحی - موجود در C-S-H کمترین شستشو را نشان می‌دهند، حتی در آزمایش‌های طولانی مدت TCLP (روش شستشوی مشخصه سمیت) یا آزمایش شستشوی دسته‌ای EN 12457.

3️⃣ کلات آلکانولامین - لایه جداسازی اضافی

گروه‌های هیدروکسیل و آمین آلکانولامین باقی‌مانده در ماتریس تثبیت‌شده می‌توانند کمپلکس‌های هماهنگی با یون‌های فلزات سنگین ایجاد کنند و مکانیزم جداسازی اضافی فراتر از بارش القایی pH و ترکیب C{{1}S{2}H ارائه دهند. داده‌های تحقیقاتی بر روی خاک تثبیت‌شده DMEA{4}} نشان می‌دهد که غلظت شیرابه سرب در آزمایش‌های TCLP 40 تا 65 درصد کمتر از سیمان پرتلند است-فقط در دوز بایندر مساوی -، تفاوتی که تا حدی به این اثر کیلاسیون نسبت داده می‌شود که در کنار سایر مسیرهای بیحرکتی عمل می‌کند.

📋 رویه طراحی مخلوط

1. مشخص کردن سرباره فولاد: XRF برای f-CaO, MgO; XRD برای ترکیب فاز؛ ظرافت بلین
2. مشخص کردن خاک: محدودیت های آتربرگ، توزیع اندازه ذرات، محتوای آلی، pH، مشخصات آلودگی (در صورت وجود)
3. طراحی مخلوط آزمایشی در 3 محتوای بایندر × 3 دوز آلکانولامین × 2 سطح گچ=18 ترکیب مخلوط حداقل
4. درمان در 20 درجه و 95% RH. UCS را در روزهای 7، 28 و 90 آزمایش کنید
5. اگر برنامه S/S: همچنین آزمایشات لیچینگ TCLP یا EN 12457 را بر روی نمونه های 28 روزه اجرا کنید.
6. ترکیب بهینه را بر اساس معیارهای UCS، شیرابه و هزینه انتخاب کنید

⚠️ محدودیت های کلیدی برای بررسی

• f-CaO content: if >8%، پیش-سرباره را با پیری بخار درمان کنید یا محتوای سرباره را برای جلوگیری از گسترش محدود کنید
• Organic content of soil: if >5% مواد آلی با واکنش های سیمانی تداخل می کند - افزودن آهک قبل از مرحله{2}}درمان
• محیط حساس به سولفات-: اگر سولفات آب زیرزمینی زیاد است، از ترکیب سرباره مقاوم به سولفات-برای جلوگیری از انبساط مربوط به اترینگیت- استفاده کنید
• سقف دوز آلکانول آمین: بالای 3% در وزن سرباره، افزایش استحکام فلات و کارایی کاهش می یابد - بیش از دوز نکنید

−75%

تجسم CO2

در مقابل سیمان پرتلند با محتوای چسب برابر (سرباره=~50 کیلوگرم CO2/t؛ PC=~800 کیلوگرم CO2/t)

0 کیلوگرم

مواد اولیه اولیه

سرباره فولاد یک محصول ضایعات صنعتی است - که با استفاده از آن به عنوان چسبنده، استخراج مواد اولیه را به طور کامل جایگزین می کند.

EN 14227

مسیر تنظیمی

استاندارد اتحادیه اروپا برای چسباننده های هیدرولیک جاده، مواد مبتنی بر سرباره-را می پذیرد. مقررات چارچوب ملی زباله معمولاً به درمان S/S برای اصلاح مناطق قهوه ای اجازه می دهد

🚜-تثبیت درجا (اختلاط عمیق)

برای بهبود خاک نرم با استفاده از تجهیزات اختلاط عمیق (ابزارهای اختلاط تک محوری یا چند محوری)، آلکانولامین قبل از تزریق با دوغاب سرباره در کارخانه بچ پیش- مخلوط می شود. نسبت آب دوغاب به چسب معمولاً 0.6-0.8 است. آلکانولامین سیالیت و کارایی دوغاب را بهبود می بخشد، فشار تزریق را کاهش می دهد و نفوذ به لایه های خاک رس نرم را بهبود می بخشد. حداقل قطر ستون: 500 میلی متر; عمق نصب معمولی: 5-20 متر

🔄-تثبیت کننده درجا (اختلاط آسیاب پاگ)

خاک حفاری شده با سرباره خشک + محلول آلکانولامین (یا قبل از{1}}فعال کننده مایع مخلوط) در یک میکسر یا میکسر پاگ مخلوط می شود. سپس مخلوط فعال شده به حفاری بازگردانده می شود یا در یک سلول درمانی تعیین شده قرار می گیرد. این رویکرد امکان کنترل کیفیت دقیق تری را برای طراحی مخلوط فراهم می کند و برای اصلاح S/S خاک آلوده ناهمگن که در آن توزیع آلاینده نامنظم است ترجیح داده می شود.

⏱️ زمان کار و عمر گلدان

مخلوط‌های سرباره فعال آلکانولامین، زمان کار (زمان تا سفت شدن اولیه) 2 تا 6 ساعت در دمای 20 درجه دارند، در مقایسه با 0.5 تا 2 ساعت برای مخلوط‌های پرتلند-. این زمان کار طولانی یک مزیت عملیاتی در{8}}کارهای تثبیت منطقه بزرگ است. در دماهای بالاتر از 30 درجه، زمان کار به 1 تا 3 ساعت کاهش می‌یابد - برنامه‌ریزی دسته‌بندی و قرار دادن بر این اساس.

💧 مدیریت آب و رطوبت

واکنش هیدرولیکی سرباره به آب نیاز دارد - اما رطوبت بیش از حد باعث رقیق شدن بایندر و کاهش استحکام می شود. رطوبت بهینه تصفیه معمولاً OMC (محتوای رطوبت بهینه) + 0-3٪ است. اگر رطوبت طبیعی خاک بیشتر از این باشد، قبل از افزودن سرباره، قبل از خشک کردن یا اضافه کردن آهک زنده خشک (برای مصرف آب آزاد و افزایش دما) توصیه می شود. فعال کننده آلکانولامین به عنوان یک محلول آبی رقیق (غلظت 5-15٪) اضافه می شود تا توزیع یکنواخت در طول اختلاط تسهیل شود.

س: آیا آلکانولامین{0}}سرباره فولاد فعال شده برای استفاده در پروژه های اصلاحی تحت نظارت تایید شده است؟

در اکثر حوزه‌های قضایی، فناوری S/S با استفاده از فرمول‌های بایندر جدید مجاز است، مشروط بر اینکه مواد تصفیه‌شده معیارهای عملکرد مورد نیاز (UCS، غلظت شیرابه، دوام) مشخص‌شده در طرح اصلاح را داشته باشد. آلکانولامین یک کمک پردازش در غلظت کم است - این ماده بایندر اولیه نیست. پذیرش قانونی معمولاً مستلزم موارد زیر است: (1) مطالعه قابلیت درمان که نشان دهنده انطباق TCLP یا شیرابه معادل آن باشد. (2) نمایش UCS در 28 روز؛ (3) مشخصات مواد سرباره از جمله مستندات مطابقت REACH. (4) در برخی از حوزه های قضایی، طبقه بندی سرباره به عنوان یک محصول (نه ضایعات) تحت مقررات چارچوب زباله قابل اجرا. با تنظیم کننده محیط زیست منطقه ای خود مشورت کنید و طبقه بندی ضایعات/محصولات سرباره فولاد را در آغاز پروژه تأیید کنید.

س: آیا خود آلکانولامین از خاک تصفیه شده شسته می شود و خطر زیست محیطی ایجاد می کند؟

در دوز معمولی (1-3٪ در وزن سرباره، مربوط به 0.1-0.6٪ در وزن خاک خشک)، غلظت آلکانول آمین در شیرابه آب منفذی بسیار پایین است - معمولاً کمتر از 1 میلی گرم در لیتر در آزمایشات استاندارد لیچینگ دسته ای. هر دو NBEA و DMEA به آسانی به طور ذاتی زیست تخریب پذیر هستند (DMEA به آسانی در OECD 301B قابل تجزیه زیستی است)، به این معنی که هر آلکانولامین شسته شده توسط میکروارگانیسم های خاک متابولیزه می شود. ارزیابی زیست‌محیطی آلکانولامین‌ها توسط Health Canada (2013) و داده‌های ثبت REACH هیچ خطر قابل توجه آبی یا زمینی را در این غلظت‌ها تایید نمی‌کند. آلکانولامین همچنین تا حدی در ساختار ژل C-S-H با گذشت زمان محدود می‌شود و تحرک آن را بیشتر کاهش می‌دهد.

س: آیا این فناوری می‌تواند خاک آلوده به آرسنیک{0}}را درمان کند؟

آرسنیک چالش بیحرکتی متفاوتی نسبت به اکثر فلزات سنگین دارد. در pH بالا (بالاتر از 10)، آرسنات (As(V)) رسوبات آرسنات کلسیم نامحلول را تشکیل می دهد - که باندر سرباره قلیایی باعث ترویج آن می شود. با این حال، آرسنیت (As(III)، شکل متحرک‌تر و سمی‌تر) در pH بالا به‌طور مؤثری بی‌حرکت می‌شود و ممکن است نیاز به درمان بیشتری داشته باشد. برای مکان‌های آلوده به آرسنیک، افزودن سولفات آهن (FeSO4) به مخلوط توصیه می‌شود - آهن-همراه آرسنیک-رسوب آرسنات آهن نامحلول در هر pH تولید می‌کند. ترکیبی از آلکانولامین سرباره فعال شده (برای استحکام مکانیکی و سایر فلزات سنگین بی حرکت) به اضافه سولفات آهن (برای درمان خاص آرسنیک) یک رویکرد مکانیزم دوگانه مؤثر است که در ادبیات مستند شده است.

س: سرباره فعال شده با آلکانولامین در مناطق لرزه خیز یا مناطق مستعد چرخه مرطوب/خشک شدن چگونه عمل می کند؟

برای کاربردهای لرزه ای، معیار اصلی این است که ماده تثبیت شده نباید شکننده باشد - باید بدون شکست ناگهانی تغییر شکل دهد. چسبنده‌های سرباره فعال‌شده با آلکانولامین، زمانی که به UCS در محدوده 500 تا 800 کیلو پاسکال پخت می‌شوند، نسبت کرنش{5}به{6}}خاک‌های تثبیت‌شده با سیمان پرتلند{7}}در خاک‌های معادل UCS، نسبت کرنش-به{6} بالاتری را نشان می‌دهند که آنها را برای تثبیت زمین لرزه‌ای مایع‌پذیر مناسب می‌سازد. برای دوام خیس شدن/خشک کردن، چسباننده های مبتنی بر سرباره-به طور کلی عملکردی مشابه با سیمان پرتلند دارند - ژل C{11}}S{12}}H در حضور آب پایدار است. آسیب‌پذیری کلیدی حمله سولفات است اگر محتوای سولفات آب‌های زیرزمینی بالا باشد (بالاتر از 1500 میلی‌گرم در لیتر SO₄²⁻) باید در محیط‌های غنی از سولفات از - مخلوط‌های سرباره مقاوم در برابر سولفات-استفاده شود یا سیمان سرباره پرتلند (PSC)

س: از کجا می توانم سرباره فولاد را برای استفاده در پروژه های تثبیت تهیه کنم؟

سرباره فولاد مستقیماً از کارخانه های فولادسازی یکپارچه (سرباره BOF، سرباره EAF) و تأسیسات فولادسازی ثانویه در دسترس است. در بیشتر کشورها، به‌جای ضایعات، به‌عنوان یک محصول مشترک طبقه‌بندی می‌شود، به این معنی که می‌توان آن را به صورت تجاری بدون مجوز مدیریت زباله به فروش رساند. الزامات مشخصات کلیدی برای استفاده ژئوتکنیکی: ظرافت بلین بیشتر یا مساوی 280 متر مربع/کیلوگرم. f{4}}محتوای CaO کمتر یا مساوی 8٪. MgO کمتر یا مساوی 10%؛ تلفات هنگام احتراق کمتر یا مساوی 3٪. فولادسازان چینی، ژاپنی و اروپایی بزرگترین تامین کنندگان سرباره فولادی فرآوری شده و با کیفیت{9}}برای کاربردهای ساختمانی هستند. Sinolook Chemical فعال‌کننده آلکانولامین (NBEA، DMEA) را برای استفاده با سرباره فولاد از هر تامین‌کننده تامین می‌کند - برای پروتکل‌های طراحی مخلوط توصیه‌شده و مقادیر نمونه برای مطالعه قابلیت درمان‌پذیری خود با ما تماس بگیرید.