⚠️ Tại sao xỉ thép khó sử dụng

• Hàm lượng vôi tự do (f-CaO) và magie tự do (f-MgO) cao gây mất ổn định thể tích (giãn nở, nứt) trong quá trình hydrat hóa
• Hàm lượng thủy tinh vô định hình thấp hơn GGBS - diện tích bề mặt phản ứng ít hơn cho phản ứng thủy lực
• Thành phần thay đổi giữa nhiệt và các loại thép
• Phát triển cường độ chậm mà không cần kích hoạt hóa học
• Kết quả: phần lớn được chôn lấp hoặc sử dụng làm nền đường-có giá trị thấp-

✅ Cơ hội của alkanolamine

• Alkanolamine đẩy nhanh quá trình hòa tan xỉ và hình thành gel C{0}}S-H, giải phóng phản ứng thủy lực tiềm ẩn
• Nhóm –OH phức tạp với canxi tự do, làm giảm xu hướng giãn nở từ f{0}}CaO
• Hoạt động hiệp đồng với các chất kích hoạt bổ sung (thạch cao, NaOH) để tăng cường độ nhanh chóng
• Cho phép hàm lượng xỉ 30–60% trong công thức chất kết dính đất
• Giảm đáng kể sự ổn định của CO₂ so với xi măng Portland-chỉ ổn định

🔗 Cơ chế 1: Tạo phức canxi - phá vỡ lớp thụ động

Các nhóm hydroxyl của alkanolamine tạo thành các phức hòa tan với ion Ca2⁺ trong dung dịch lỗ rỗng tiếp giáp với bề mặt xỉ. Bằng cách tạo phức với canxi tự do, chúng ngăn chặn sự-kết tủa trở lại ngay lập tức của C-S-H trên bề mặt xỉ - giữ cho bề mặt luôn "mở" để tiếp tục hòa tan. Hiệu ứng này đặc biệt mạnh đối với các alkanolamine có hai nhóm –OH (BDEA) nhưng cũng có ý nghĩa đối với các loại hydroxyl-đơn (NBEA, DMEA) ở nồng độ đủ. Kết quả là tốc độ hòa tan cao hơn, bền vững hơn, dẫn đến phản ứng pozzolanic nhanh hơn và hoàn chỉnh hơn.

🔗 Cơ chế 2: Kích hoạt pha C₃A và C₄AF

Xỉ thép chứa một lượng đáng kể các pha canxi aluminate (C₃A) và canxi aluminoferrite (C₄AF) có khả năng phản ứng mạnh hơn các pha canxi silicat nhưng thường-được tận dụng mà không kích hoạt. Alkanolamines - đặc biệt là cấp ba DMEA và DEAE - có chọn lọc đẩy nhanh quá trình hydrat hóa các pha aluminate này, thúc đẩy sự hình thành ettringite (3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O) và canxi aluminate hydrat (CAH). Những sản phẩm này lấp đầy không gian lỗ chân lông một cách nhanh chóng, góp phần tăng cường sức mạnh sớm và cung cấp khuôn khổ để hình thành gel C-S-H chậm hơn trong 28–90 ngày.

🔗 Cơ chế 3: f-Giảm thiểu sự giãn nở CaO

Vôi tự do (f-CaO) trong xỉ thép hydrat hóa thành portlandite (Ca(OH)₂), gây ra sự giãn nở thể tích khoảng 97% -, làm nứt và phá vỡ vi cấu trúc chất kết dính nếu không được kiểm soát. Các nhóm hydroxyl của phức hợp alkanolamine Ca2⁺ được giải phóng từ quá trình hydrat hóa f-CaO, điều tiết sự tăng đột biến nồng độ canxi cục bộ thúc đẩy quá trình kết tinh portlandite nhanh chóng. Hiệu ứng "lão hóa hóa học" này làm giảm xu hướng trương nở, làm cho xỉ hoạt tính alkanolamine{6}}ổn định về kích thước hơn so với xỉ không hoạt hóa trong các ứng dụng đất ổn định.

Kết quả nghiên cứu của NBEA

• Với liều lượng 1–3% trên trọng lượng xỉ, NBEA tăng cường độ nén 7-ngày của đất sét mềm ổn định bằng xỉ lên 35–60% so với chỉ sử dụng xỉ
• Nhóm amin bậc một thể hiện khả năng phản ứng cao hơn với các liên kết Si–O trên bề mặt xỉ so với các amin bậc ba, thúc đẩy quá trình hòa tan ban đầu nhanh hơn
• Sự kết hợp giữa NBEA + thạch cao (3%) tạo ra mức tăng UCS trong 28 ngày từ 40–75% so với hỗn hợp tham chiếu trong các thử nghiệm ổn định đất mềm
• Hiệu quả trong xỉ thép có hàm lượng f-CaO cao hơn tới 8% - f-CaO cần phải xử lý trước-
• Được xuất bản trong:Xây dựng và Vật liệu xây dựng, Tạp chí vật liệu nguy hiểm, Khoa học đất sét ứng dụng

Kết quả nghiên cứu của DMEA

• Với liều lượng 0,5–2%, DMEA tăng tốc độ hydrat hóa C₃A và C₄AF có chọn lọc trong xỉ thép, góp phần tăng cường độ bền 28 ngày và 90 ngày một cách không cân xứng
• Xỉ hoạt tính DMEA-cho thấy hiệu suất vượt trội trong các hệ thống xỉ-cao (thay thế 40–60% xỉ) so với hỗn hợp xi măng Portland-chiếm ưu thế
• Mức bổ sung cần thiết thấp hơn NBEA do nồng độ mol trên mỗi kg cao hơn (MW 89 so với 103 đối với NBEA)
• Hệ thống DMEA + xỉ cho thấy khả năng lọc Pb, Cd, Zn và Cu từ đất bị ô nhiễm giảm so với phương pháp ổn định-chỉ bằng vôi
• Được xuất bản trong:Xi măng và bê tông composite, Tạp chí Sản xuất sạch hơn, Quản lý chất thải

3–7 ngày

Giai đoạn cường độ sớm

Sự hình thành Ettringite từ thạch cao C₃A + đã hoạt hóa mang lại độ cứng ban đầu. Tỷ lệ tăng cường độ là 60–80% xi măng Portland với hàm lượng chất kết dính bằng nhau.

28 ngày

Pha Pozzolanic

Sự hình thành gel C-S{1}}H từ quá trình hòa tan xỉ tăng tốc đáng kể. Với DMEA + thạch cao, UCS 28 ngày đạt 85–100% so với xi măng Portland tham chiếu với hàm lượng chất kết dính bằng nhau.

90–180 ngày

Giai đoạn tăng tiếp tục

Không giống như xi măng Portland, chất kết dính xỉ hoạt tính tiếp tục tăng cường độ sau 90–180 ngày. UCS dài hạn (1-năm) của xỉ hoạt hóa alkanolamine thường vượt quá tham chiếu xi măng Portland từ 10–25%.

1️⃣ Độ pH → kết tủa kim loại

Dung dịch lỗ rỗng kiềm được tạo ra bởi quá trình hydrat hóa xỉ (pH 11–12,5) khiến hầu hết các kim loại nặng kết tủa dưới dạng hydroxit không hòa tan. Chì (Pb²⁺), cadmium (Cd²⁺), kẽm (Zn²⁺), niken (Ni²⁺) và đồng (Cu²⁺) đều có độ hòa tan tối thiểu trong phạm vi pH 9–12. Sau khi kết tủa, các hydroxit này được bao bọc vật lý trong ma trận gel C-S-H cứng lại, ngăn chặn sự tái hòa tan ngay cả khi độ pH cục bộ sau đó giảm xuống. Alkanolamine góp phần ổn định độ pH bằng cách đệm dung dịch lỗ chân lông chống lại sự giảm pH do quá trình cacbonat hóa.

Sự hấp phụ gel 2️⃣ C-S{2}}H và kết hợp cấu trúc

Gel canxi silicat hydrat (C-S-H) - pha liên kết sơ cấp - có diện tích bề mặt lớn (100–700 m2/g) và cấu trúc tinh thể phân lớp có khả năng trao đổi ion cao. Các cation kim loại nặng (đặc biệt là Pb2⁺, Cd2⁺ và Zn2⁺) được tích hợp vào lớp xen kẽ C-S-H bằng cách thay thế Ca²⁺ trong mạng tinh thể. Sự kết hợp cấu trúc này bền hơn nhiều so với các kim loại - hấp phụ bề mặt được tích hợp vào C-S-H cho thấy khả năng lọc tối thiểu ngay cả trong TCLP (Quy trình lọc đặc tính độc tính) mở rộng hoặc thử nghiệm lọc hàng loạt EN 12457.

3️⃣ Alkanolamine chelation - lớp cô lập bổ sung

Các nhóm hydroxyl và amin của alkanolamine dư trong nền ổn định có thể tạo thành các phức phối hợp với các ion kim loại nặng, tạo ra cơ chế cô lập bổ sung ngoài sự kết tủa do pH-gây ra và sự kết hợp C-S{2}}H. Dữ liệu nghiên cứu về DMEA-đất ổn định cho thấy nồng độ nước rỉ Pb trong các thử nghiệm TCLP thấp hơn 40–65% so với xi măng Portland-chỉ đề cập đến liều lượng chất kết dính bằng nhau - sự khác biệt một phần là do hiệu ứng thải sắt này hoạt động cùng với các con đường cố định khác.

📋 Quy trình thiết kế hỗn hợp

1. Đặc trưng của xỉ thép: XRF cho f{0}}CaO, MgO; XRD cho thành phần pha; độ mịn Blaine
2. Đặc trưng của đất: Giới hạn Atterberg, phân bố kích thước hạt, hàm lượng hữu cơ, độ pH, đặc điểm ô nhiễm (nếu có)
3. Thiết kế hỗn hợp thử nghiệm ở 3 hàm lượng chất kết dính × 3 liều alkanolamine × 2 mức thạch cao=18 kết hợp trộn tối thiểu
4. Chữa ở 20 độ và 95% RH; kiểm tra UCS sau 7, 28 và 90 ngày
5. Nếu áp dụng S/S: cũng chạy thử nghiệm ngâm chiết TCLP hoặc EN 12457 trên mẫu vật trong 28 ngày
6. Chọn hỗn hợp tối ưu dựa trên tiêu chí UCS, nước rỉ rác và chi phí

⚠️ Các ràng buộc chính cần kiểm tra

• f-CaO content: if >8%,-xử lý trước xỉ bằng quá trình lão hóa bằng hơi nước hoặc hạn chế hàm lượng xỉ để tránh giãn nở
• Organic content of soil: if >5%, chất hữu cơ cản trở phản ứng kết dính - thêm vôi vào bước xử lý sơ bộ-
• Môi trường nhạy cảm-sulfate: nếu nước ngầm có hàm lượng sunfat cao, hãy sử dụng hỗn hợp xỉ kháng sunfat-để tránh sự giãn nở liên quan đến ettringite-
• Liều lượng tối đa của Alkanolamine: trên 3% đối với trọng lượng xỉ, cường độ tăng ổn định và khả năng thi công giảm - không dùng quá-liều

−75%

CO₂ thể hiện

so với xi măng Portland có hàm lượng chất kết dính bằng nhau (xỉ=~50 kg CO₂/t; PC=~800 kg CO₂/t)

0 kg

Nguyên liệu sơ cấp

Xỉ thép là một chất thải công nghiệp - sử dụng nó làm chất kết dính thay thế hoàn toàn việc khai thác nguyên liệu thô

EN 14227

Con đường điều tiết

Tiêu chuẩn EU về chất kết dính đường thủy lực chấp nhận vật liệu làm từ xỉ-; các quy định khung chất thải quốc gia thường cho phép xử lý S/S để xử lý rác thải

🚜 Ổn định tại chỗ (trộn sâu)

Để cải tạo đất yếu bằng cách sử dụng thiết bị trộn sâu (công cụ trộn-trục đơn hoặc nhiều{1}}trục), alkanolamine được trộn trước-với bùn xỉ tại trạm trộn trước khi phun. Tỷ lệ nước/chất kết dính trong bùn thường là 0,6–0,8. Alkanolamine cải thiện tính lưu động và khả năng thi công của bùn, giảm áp suất phun và cải thiện khả năng thâm nhập vào các lớp đất sét mềm. Đường kính cột tối thiểu: 500 mm; độ sâu lắp đặt điển hình: 5–20 m.

🔄 Ổn định ngoài hiện trường (trộn pugmill)

Đất đào được trộn với xỉ khô + dung dịch alkanolamine (hoặc chất kích hoạt dạng lỏng đã trộn sẵn) trong máy trộn pugmill hoặc pug. Hỗn hợp được kích hoạt sau đó sẽ được đưa trở lại hố đào hoặc được đặt vào ô xử lý được chỉ định. Cách tiếp cận này cho phép kiểm soát chất lượng chính xác hơn của thiết kế hỗn hợp và được ưu tiên sử dụng để xử lý S/S trên đất bị ô nhiễm không đồng nhất nơi mà sự phân bố chất gây ô nhiễm không đều.

⏱️ Thời gian hoạt động và tuổi thọ nồi

Hỗn hợp xỉ hoạt tính-alkanolamine có thời gian làm việc (thời gian đến khi đông cứng ban đầu) là 2–6 giờ ở 20 độ, so với 0,5–2 giờ đối với hỗn hợp xi măng Portland-chiếm ưu thế. Thời gian làm việc kéo dài này là một lợi thế hoạt động trong các công trình ổn định khu vực-rộng lớn. Ở nhiệt độ trên 30 độ, thời gian làm việc rút ngắn xuống còn 1–3 giờ - lập kế hoạch phân mẻ và bố trí phù hợp.

💧 Quản lý nước và độ ẩm

Phản ứng thủy lực của xỉ cần có nước - nhưng độ ẩm quá cao sẽ làm loãng chất kết dính và làm giảm độ bền. Độ ẩm xử lý tối ưu thường là OMC (độ ẩm tối ưu) + 0–3%. Nếu độ ẩm tự nhiên của đất vượt quá mức này, nên làm khô trước hoặc bổ sung vôi sống khô (để tiêu thụ nước tự do và tăng nhiệt độ) trước khi bổ sung xỉ. Chất kích hoạt alkanolamine được thêm vào dưới dạng dung dịch nước loãng (nồng độ 5–15%) để tạo điều kiện phân phối đồng đều trong quá trình trộn.

Hỏi: Xỉ thép hoạt tính-alkanolamine có được phê duyệt để sử dụng trong các dự án xử lý theo quy định không?

Ở hầu hết các khu vực pháp lý, công nghệ S/S sử dụng công thức chất kết dính mới được cho phép miễn là vật liệu được xử lý đáp ứng các tiêu chí hiệu suất bắt buộc (UCS, nồng độ nước rỉ rác, độ bền) được quy định trong thiết kế xử lý. Alkanolamine là chất hỗ trợ xử lý ở nồng độ thấp - nó không phải là thành phần chất kết dính chính. Sự chấp nhận theo quy định thường yêu cầu: (1) nghiên cứu khả năng xử lý chứng minh sự tuân thủ TCLP hoặc nước rỉ rác tương đương; (2) Trình diễn UCS sau 28 ngày; (3) đặc tính vật liệu của xỉ bao gồm tài liệu tuân thủ REACH; (4) ở một số khu vực pháp lý, phân loại xỉ là sản phẩm (không phải chất thải) theo quy định khung chất thải hiện hành. Tham khảo ý kiến ​​cơ quan quản lý môi trường khu vực của bạn và xác nhận việc phân loại chất thải/sản phẩm của xỉ thép khi bắt đầu dự án.

Hỏi: Bản thân alkanolamine có thấm ra khỏi đất đã được xử lý và gây ra rủi ro cho môi trường không?

Ở liều lượng thông thường (1–3% trọng lượng xỉ, tương ứng với 0,1–0,6% trọng lượng đất khô), nồng độ alkanolamine trong nước rỉ rác lỗ rỗng rất thấp - thường dưới 1 mg/L trong các thử nghiệm lọc theo mẻ tiêu chuẩn. Cả NBEA và DMEA đều dễ dàng phân hủy sinh học (DMEA dễ dàng phân hủy sinh học theo OECD 301B), nghĩa là bất kỳ alkanolamine nào được lọc sẽ được chuyển hóa bởi các vi sinh vật trong đất. Đánh giá môi trường của alkanolamine bởi Bộ Y tế Canada (2013) và dữ liệu đăng ký REACH xác nhận không có rủi ro đáng kể nào đối với môi trường dưới nước hoặc trên cạn ở những nồng độ này. Alkanolamine cũng bị liên kết một phần trong cấu trúc gel C{11}}S{12}}H theo thời gian, làm giảm tính di động của nó hơn nữa.

Hỏi: Công nghệ này có thể xử lý đất bị ô nhiễm asen không?

Asen có thách thức cố định khác với hầu hết các kim loại nặng. Ở độ pH cao (trên 10), arsenate (As(V)) tạo thành kết tủa arsenate canxi không hòa tan - mà chất kết dính xỉ kiềm thúc đẩy. Tuy nhiên, arsenite (As(III), dạng linh hoạt và độc hại hơn) ít được cố định hiệu quả hơn ở độ pH cao và có thể cần xử lý bổ sung. Đối với các vị trí bị ô nhiễm asen-, nên thêm sắt sunfat (FeSO₄) vào hỗn hợp để kết tủa - sắt-arsenic co-tạo ra arsenate sắt không hòa tan ở bất kỳ độ pH nào. Sự kết hợp giữa xỉ hoạt tính alkanolamine{10}}(để tăng độ bền cơ học và cố định kim loại nặng khác) cộng với sắt sunfat (để xử lý đặc hiệu asen) là một phương pháp cơ chế kép hiệu quả{12}}đã được ghi nhận trong tài liệu.

Hỏi: Xỉ hoạt tính alkanolamine{0}}hoạt động như thế nào trong các vùng địa chấn hoặc các khu vực dễ xảy ra chu trình làm ướt/khô?

Đối với các ứng dụng địa chấn, tiêu chí quan trọng là vật liệu ổn định không được giòn - nó phải biến dạng mà không bị hỏng đột ngột. Chất kết dính xỉ hoạt tính-alkanolamine, khi được xử lý đến UCS trong khoảng 500–800 kPa, cho thấy tỷ lệ biến dạng-đến{6}}thất bại cao hơn so với đất ổn định bằng xi măng Portland-ở UCS tương đương, khiến chúng thích hợp cho việc ổn định địa chấn của nền có thể hóa lỏng. Để có độ bền khi làm ướt/khô, chất kết dính gốc xỉ-thường hoạt động tương đương với xi măng Portland - gel C-S-H ổn định khi có nước. Lỗ hổng chính là sự tấn công của sunfat nếu hàm lượng sunfat trong nước ngầm cao (trên 1.500 mg/L SO₄²⁻) hỗn hợp xỉ kháng - sunfat-hoặc xi măng xỉ Portland (PSC) nên được sử dụng trong môi trường giàu sunfat{18}}.

Hỏi: Tôi có thể tìm nguồn xỉ thép để sử dụng trong các dự án ổn định ở đâu?

Xỉ thép có sẵn trực tiếp từ các nhà máy thép tích hợp (xỉ BOF, xỉ EAF) và các cơ sở sản xuất thép thứ cấp. Ở hầu hết các quốc gia, chất thải này được phân loại là-sản phẩm phụ chứ không phải chất thải, nghĩa là nó có thể được bán vì mục đích thương mại mà không cần giấy phép quản lý chất thải. Yêu cầu thông số kỹ thuật chính cho mục đích sử dụng địa kỹ thuật: Độ mịn Blaine Lớn hơn hoặc bằng 280 m2/kg; f-Hàm lượng CaO Nhỏ hơn hoặc bằng 8%; MgO Nhỏ hơn hoặc bằng 10%; tổn thất khi đánh lửa Nhỏ hơn hoặc bằng 3%. Các nhà sản xuất thép của Trung Quốc, Nhật Bản và Châu Âu là những nhà cung cấp xỉ thép đã qua xử lý và được chứng nhận chất lượng- lớn nhất cho các ứng dụng xây dựng. Sinolook Chemical cung cấp chất kích hoạt alkanolamine (NBEA, DMEA) để sử dụng với xỉ thép từ bất kỳ nhà cung cấp nào. - hãy liên hệ với chúng tôi để biết các quy trình thiết kế hỗn hợp được đề xuất và số lượng mẫu cho nghiên cứu khả năng xử lý của bạn.