⚠️ Çelik cürufunun kullanımı neden zordur?

• Yüksek serbest kireç (f-CaO) ve serbest magnezya (f-MgO) içeriği, hidrasyon sırasında hacim kararsızlığına (genleşme, çatlama) neden olur
• GGBS'den daha düşük amorf cam içeriği - hidrolik reaksiyon için daha az reaktif yüzey alanı
• Isılar ve çelik kaliteleri arasında değişken bileşim
• Kimyasal aktivasyon olmadan yavaş mukavemet gelişimi
• Sonuç: çoğunluğu çöp sahasına atılıyor veya düşük-değerli yol alt-temel dolgusu olarak kullanılıyor

✅ Alkanolamin fırsatı

• Alkanolaminler cüruf çözünmesini ve C-S-H jel oluşumunu hızlandırarak gizli hidrolik reaktivitenin kilidini açar
• –OH grupları serbest kalsiyumu kompleksleyerek f-CaO'dan genişleme eğilimini azaltır
• Hızlı güç kazanımı sağlamak için tamamlayıcı aktivatörlerle (alçıtaşı, NaOH) sinerjik olarak çalışır
• Toprak bağlayıcı formülasyonlarında %30-60 cüruf içeriği sağlar
• Yalnızca Portland çimentosu stabilizasyonuna kıyasla somutlaşmış CO₂'yi önemli ölçüde azaltır-

🔗 Mekanizma 1: Pasifleştirici katmanı bozan kalsiyum kompleksi -

Alkanolaminin hidroksil grupları, cüruf yüzeyine bitişik gözenek çözeltisinde Ca²⁺ iyonları ile çözünür kompleksler oluşturur. Serbest kalsiyumu şelatlayarak, c-C-S-H'nin cüruf yüzeyinde anında yeniden çökelmesini önler -, sürekli çözünme için yüzeyi "açık" tutar. Bu etki özellikle iki –OH grubuna (BDEA) sahip alkanolaminler için güçlüdür ancak yeterli konsantrasyonda tek-hidroksil dereceleri (NBEA, DMEA) için de önemlidir. Sonuç, daha hızlı ve tam bir puzolanik reaksiyona dönüşen sürekli, daha yüksek bir çözünme hızıdır.

🔗 Mekanizma 2: C₃A ve C₄AF faz aktivasyonu

Çelik cürufu önemli miktarlarda kalsiyum alüminat (C₃A) ve kalsiyum alüminoferrit (C₄AF) fazları içerir; bunlar, kalsiyum silikat fazlarından daha reaktiftir ancak genellikle aktivasyon olmadan az-kullanılır. Alkanolaminler -, özellikle üçüncü derece DMEA ve DEAE -, bu alüminat fazlarının hidrasyonunu seçici olarak hızlandırarak etrenjit (3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O) ve kalsiyum alüminat hidrat (CAH) oluşumunu teşvik eder. Bu ürünler gözenek alanını hızla doldurarak erken güç kazanımına katkıda bulunur ve 28-90 gün içinde daha yavaş C-S-H jelinin oluşacağı çerçeveyi sağlar.

🔗 Mekanizma 3: f-CaO genişlemesinin azaltılması

Çelik cürufundaki serbest kireç (f-CaO), portlandite (Ca(OH)₂) dönüşür ve kontrol edilmediği takdirde bağlayıcının mikro yapısını çatlatan ve bozan yaklaşık %97 - hacimsel genleşmeye neden olur. Alkanolaminlerin hidroksil grupları, f-CaO hidrasyonundan salınan serbest Ca²⁺ kompleksini oluşturur ve hızlı portlandit kristalleşmesini sağlayan yerel kalsiyum konsantrasyonu artışını yumuşatır. Bu "kimyasal yaşlanma" etkisi şişme eğilimini azaltır ve stabilize toprak uygulamalarında alkanolamin-aktifleştirilmiş cürufu, aktifleştirilmemiş cürufa göre boyutsal olarak daha stabil hale getirir.

NBEA araştırma bulguları

• Cüruf ağırlığına göre %1–3 dozajında, NBEA, cürufla stabilize edilmiş yumuşak kilin 7-günlük basınç dayanımını, yalnızca cürufla karşılaştırıldığında %35–60 artırır
• Birincil amin grubu, üçüncül aminlere göre cüruf yüzeyindeki Si-O bağlarıyla daha yüksek reaktivite göstererek daha hızlı ilk çözünmeyi teşvik eder.
• NBEA + alçıtaşı (%3) sinerjisi, yumuşak toprak stabilizasyon denemelerinde referans karışıma göre 28 günlük UCS'de %40-75 artış sağlar
• %8'e kadar f-CaO içeriğine sahip çelik cürufunda etkilidir - daha yüksek f-CaO ön-işlem gerektirir
• Yayınlandığı yer:İnşaat ve Yapı Malzemeleri, Tehlikeli Maddeler Dergisi, Uygulamalı Kil Bilimi

DMEA araştırma bulguları

• %0,5–2 dozajda DMEA, çelik cürufunda C₃A ve C₄AF hidrasyonunu seçici olarak hızlandırır ve 28 günlük ve 90 günlük dayanıma orantısız bir şekilde katkıda bulunur
• DMEA-aktifleştirilmiş cüruf, yüksek-cüruflu (%40–60 cüruf değişimi) sistemlerde, Portland çimentosunun- hakim olduğu karışımlara kıyasla üstün performans gösterir
• Kg başına daha yüksek molar konsantrasyon nedeniyle NBEA'dan daha düşük ekleme seviyeleri gerekir (NBEA için MW 89'a karşılık 103)
• DMEA + cüruf sistemleri, yalnızca kireçle stabilizasyona kıyasla kirlenmiş topraktan Pb, Cd, Zn ve Cu'nun daha az süzülmesini gösterir-
• Yayınlandığı yer:Çimento ve Beton Kompozitleri, Temiz Üretim Dergisi, Atık Yönetimi

3–7 gün

Erken güç aşaması

Aktifleştirilmiş C₃A + alçı taşından etrenjit oluşumu ilk sertleşmeyi sağlar. Mukavemet kazanma oranı eşit bağlayıcı içeriğindeki Portland çimentosunun %60-80'idir.

28 gün

Puzolanik faz

Cürufun çözünmesinden C-S-H jel oluşumu önemli ölçüde hızlanır. DMEA + alçı ile 28 günlük UCS, eşit bağlayıcı içeriğinde Portland çimentosu referansının %85-100'üne ulaşır.

90–180 gün

Devam eden kazanç aşaması

Portland çimentosunun aksine aktif cüruf bağlayıcılar 90-180 günde dayanım kazanmaya devam eder. Alkanolaminle aktifleştirilen cürufun uzun-vadeli (1-yıl) UCS'si genellikle Portland çimentosu referansını %10–25 oranında aşar.

1️⃣ pH yükselmesi → metal çökelmesi

Cürufun hidrasyonuyla (pH 11-12,5) üretilen alkalin gözenek çözeltisi çoğu ağır metalin çözünmeyen hidroksitler halinde çökelmesine neden olur. Kurşun (Pb²⁺), kadmiyum (Cd²⁺), çinko (Zn²⁺), nikel (Ni²⁺) ve bakırın (Cu²⁺) tümü pH 9–12 aralığında çözünürlük minimumlarına sahiptir. Bu hidroksitler çökeldikten sonra sertleşen C-S{-H jel matrisi içinde fiziksel olarak kapsüllenir ve yerel pH daha sonra düşse bile yeniden çözünmeyi önler. Alkanolamin, gözenek çözeltisini karbonatlaşmanın neden olduğu pH düşüşüne karşı tamponlayarak pH stabilitesine katkıda bulunur.

2️⃣ C-S-H jel emilimi ve yapısal birleşme

Kalsiyum silikat hidrat jeli (C-S-H) - birincil bağlanma fazı - geniş bir yüzey alanına (100–700 m²/g) ve yüksek iyon değiştirme kapasitesine sahip katmanlı bir kristal yapıya sahiptir. Ağır metal katyonları (özellikle Pb²⁺, Cd²⁺ ve Zn²⁺), kristal kafesteki Ca²⁺'nin yerine geçerek C-S-H ara katmanına dahil edilir. Bu yapısal birleşme, C-S-H'ye dahil edilen yüzey adsorpsiyonu - metallerinden çok daha dayanıklıdır, genişletilmiş TCLP (Toksisite Karakteristik Süzme Prosedürü) veya EN 12457 toplu liç testi altında bile minimum süzme gösterir.

3️⃣ Alkanolamin şelasyonu - ek ayırma katmanı

Stabilize edilmiş matristeki artık alkanolaminin hidroksil ve amin grupları, ağır metal iyonları ile koordinasyon kompleksleri oluşturabilir, bu da pH-indüklü çökeltme ve C-S-H'nin dahil edilmesinin ötesinde ek bir ayırma mekanizması sağlar. DMEA-stabilize edilmiş toprakla ilgili araştırma verileri, TCLP testlerindeki Pb sızıntı suyu konsantrasyonlarının Portland çimentosundan %40-65 daha düşük olduğunu göstermektedir-yalnızca eşit bağlayıcı dozajına atıfta bulunur -, bu fark kısmen diğer hareketsizleştirme yollarıyla birlikte işleyen bu şelasyon etkisine atfedilir.

📋 Karışım tasarım prosedürü

1. Çelik cürufunu karakterize edin: f-CaO, MgO için XRF; Faz bileşimi için XRD; Blaine inceliği
2. Toprağı karakterize edin: Atterberg limitleri, parçacık boyutu dağılımı, organik içerik, pH, kirlilik profili (varsa)
3. 3 bağlayıcı içeriği × 3 alkanolamin dozu × 2 alçı seviyesi minimum=18 karışım kombinasyonunda deneme karışımları tasarlayın
4. 20 derecede ve %95 bağıl nemde kürleyin; UCS'yi 7, 28 ve 90. günlerde test edin
5. S/S uygulaması varsa: 28 günlük numuneler üzerinde ayrıca TCLP veya EN 12457 liç testleri yapın
6. UCS, sızıntı suyu ve maliyet kriterlerine göre en uygun karışımı seçin

⚠️ Kontrol edilecek temel kısıtlamalar

• f-CaO content: if >%8, cürufun-ön işleme tabi tutulmasıyla buharla yaşlandırma veya genleşmeyi önlemek için cüruf içeriğini sınırlandırma
• Organic content of soil: if >%5, organik madde çimentolu reaksiyonlara müdahale eder - kireç ön işlemi-adımı ekleyin
• Sülfat-hassas ortam: Yer altı suyu sülfatı yüksekse, etrenjit- ile ilgili genleşmeyi önlemek için sülfata-dayanıklı cüruf karışımı kullanın
• Alkanolamin dozaj tavanı: cüruf ağırlığında %3'ün üzerinde, mukavemet artışı düzleşir ve işlenebilirlik azalır - aşırı doz uygulamayın-

−75%

Somutlaşmış CO₂

Eşit bağlayıcı içeriğinde Portland çimentosu ile karşılaştırıldığında (cüruf=~50 kg CO₂/t; PC=~800 kg CO₂/t)

0 kg

Birincil hammadde

Çelik cürufu bir endüstriyel atık ürünüdür -, onu bağlayıcı olarak kullanmak birincil malzeme çıkarma işlemini tamamen ortadan kaldırır

EN 14227

Düzenleyici yol

Hidrolik yol bağlayıcılara ilişkin AB standardı, cüruf-bazlı malzemeleri kabul eder; ulusal atık çerçeve düzenlemeleri tipik olarak terk edilmiş alanın iyileştirilmesi için S/S işlemine izin verir

🚜 Yerinde-stabilizasyon (derin karıştırma)

Derin karıştırma ekipmanı (tek-eksenli veya çok-eksenli karıştırma araçları) kullanılarak yumuşak toprağın iyileştirilmesi için alkanolamin, enjeksiyondan önce toplu tesiste cüruf bulamacıyla-önceden karıştırılır. Bulamaç su/bağlayıcı oranı tipik olarak 0,6-0,8'dir. Alkanolamin, bulamacın akışkanlığını ve işlenebilirliğini artırır, enjeksiyon basıncını azaltır ve yumuşak kil katmanlarına nüfuz etmeyi artırır. Minimum sütun çapı: 500 mm; tipik kurulum derinliği: 5–20 m.

🔄 Ex-yerinde stabilizasyon (pugmill karıştırma)

Kazılan toprak, bir boks değirmeni veya boksör mikserinde kuru cüruf + alkanolamin çözeltisi (veya önceden-karışık sıvı aktivatör) ile karıştırılır. Aktive edilmiş karışım daha sonra kazıya geri gönderilir veya belirlenmiş bir arıtma hücresine yerleştirilir. Bu yaklaşım, karışım tasarımının daha hassas kalite kontrolüne olanak tanır ve kirletici madde dağılımının düzensiz olduğu heterojen kirlenmiş toprağın S/S iyileştirilmesi için tercih edilir.

⏱️ Çalışma süresi ve kap ömrü

Alkanolamin-aktifleştirilmiş cüruf karışımlarının çalışma süresi (ilk sertleşmeye kadar geçen süre) 20 derecede 2 ila 6 saat iken, Portland çimentosu- ağırlıklı karışımlar için bu süre 0,5 ila 2 saattir. Bu uzun çalışma süresi, geniş-alan stabilizasyon çalışmalarında operasyonel bir avantajdır. 30 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda çalışma süresi 1–3 saate kısalır - gruplamayı ve yerleştirmeyi buna göre planlayın.

💧 Su ve nem yönetimi

Cürufun hidrolik reaksiyonu su - gerektirir ancak aşırı nem, bağlayıcıyı seyreltir ve mukavemeti azaltır. Optimum arıtma nemi genellikle OMC'dir (optimum nem içeriği) + 0–%3. Doğal toprak nemi bunu aşarsa, cüruf eklemeden önce ön-kurutma veya kuru sönmemiş kirecin eklenmesi (serbest suyu tüketmek ve sıcaklığı yükseltmek için) önerilir. Alkanolamin aktivatörü, karıştırma sırasında eşit dağılımı kolaylaştırmak için seyreltik sulu çözelti (%5-15 konsantrasyon) halinde eklenir.

S: Alkanolamin{0}}aktifleştirilmiş çelik cürufunun, düzenlemeye tabi iyileştirme projelerinde kullanılması onaylandı mı?

Çoğu yargı alanında, yeni bağlayıcı formülasyonları kullanan S/S teknolojisine, işlenmiş malzemenin iyileştirme tasarımında belirtilen gerekli performans kriterlerini (UCS, sızıntı suyu konsantrasyonları, dayanıklılık) karşılaması koşuluyla izin verilmektedir. Alkanolamin düşük konsantrasyonda bir işleme yardımcısıdır -, birincil bağlayıcı bileşen değildir. Düzenleyici kabul genellikle şunları gerektirir: (1) TCLP veya eşdeğer sızıntı suyu uyumluluğunu gösteren arıtılabilirlik çalışması; (2) 28 günde UCS gösterimi; (3) REACH uyumluluk belgeleri de dahil olmak üzere cürufun malzeme karakterizasyonu; (4) bazı yetki alanlarında, geçerli atık çerçeve yönetmeliği kapsamında cürufun bir ürün (atık değil) olarak sınıflandırılması. Bölgesel çevre düzenleyicinize danışın ve proje başlangıcında çelik cürufunun atık/ürün sınıflandırmasını doğrulayın.

S: Alkanolaminin kendisi işlenmiş topraktan sızıyor mu ve çevresel bir risk teşkil ediyor mu?

Tipik dozajda (cüruf ağırlığına göre %1-3, kuru toprak ağırlığına göre %0,1-0,6'ya karşılık gelir), gözenek suyu sızıntı suyundaki alkanolamin konsantrasyonu çok düşüktür -, standart toplu liç testlerinde tipik olarak 1 mg/L'nin altındadır. Hem NBEA hem de DMEA, doğası gereği kolayca biyolojik olarak parçalanabilir (DMEA, OECD 301B'ye göre kolayca biyolojik olarak parçalanabilir), yani süzülmüş herhangi bir alkanolamin, toprak mikroorganizmaları tarafından metabolize edilecektir. Alkanolaminlerin Health Canada (2013) tarafından yapılan çevresel değerlendirmesi ve REACH kayıt verileri, bu konsantrasyonlarda suda veya karada önemli bir risk olmadığını doğrulamaktadır. Alkanolamin ayrıca zamanla C-S-H jel yapısına kısmen bağlanarak hareketliliğini daha da azaltır.

S: Bu teknoloji arsenikle-kirlenmiş toprağı tedavi edebilir mi?

Arsenik, çoğu ağır metalden farklı bir immobilizasyon zorluğu sunar. Yüksek pH'ta (10'un üzerinde), arsenat (As(V)) alkalin cüruf bağlayıcının desteklediği çözünmeyen kalsiyum arsenat çökeltilerini - oluşturur. Ancak arsenit (As(III), daha hareketli ve toksik form) yüksek pH'ta daha az etkili bir şekilde hareketsiz hale gelir ve ek işlem gerektirebilir. Arsenik-kirlenmiş alanlar için, karışıma demir sülfat (FeSO₄) eklenmesi önerilir - demir-arsenik ko-çökeltilmesi, herhangi bir pH'ta çözünmeyen demir arsenat üretir. Alkanolamin-aktifleştirilmiş cüruf (mekanik dayanıklılık ve diğer ağır metallerin immobilizasyonu için) artı demir sülfatın (arsenik-spesifik arıtma için) kombinasyonu, literatürde belgelenen etkili bir ikili-mekanizma yaklaşımıdır.

S: Alkanolamin-aktifleştirilmiş cüruf sismik bölgelerde veya ıslanma/kuruma döngülerine yatkın alanlarda nasıl performans gösterir?

Sismik uygulamalarda temel kriter, stabilize edilen malzemenin kırılgan olmaması - ani hasar olmadan deforme olmasıdır. Alkanolamin-aktifleştirilmiş cüruf bağlayıcılar, 500–800 kPa aralığında UCS'ye kürlendiğinde, eşdeğer UCS'de Portland çimentosu-stabilize edilmiş topraklara göre daha yüksek gerinim-to-yenilme oranları gösterir, bu da onları sıvılaşabilir zeminin sismik stabilizasyonu için uygun kılar. Islanma/kuruma dayanıklılığı açısından cüruf-bazlı bağlayıcılar genellikle Portland çimentosu ile karşılaştırılabilir performans gösterir - C-S-H jeli su varlığında stabildir. Yeraltı suyu sülfat içeriği yüksekse (1.500 mg/L SO₄²⁻'nin üzerinde) en önemli güvenlik açığı sülfat saldırısıdır. Sülfat-zengin ortamlarda - sülfat-dirençli cüruf karışımları veya Portland cüruf çimentosu (PSC) kullanılmalıdır.

S: Stabilizasyon projelerinde kullanmak üzere çelik cürufunu nereden temin edebilirim?

Çelik cürufu doğrudan entegre çelik fabrikalarından (BOF cürufu, EAF cürufu) ve ikincil çelik üretim tesislerinden temin edilebilir. Çoğu ülkede, atık yerine yan-ürün olarak sınıflandırılır; bu, atık yönetimi izni olmadan ticari olarak satılabileceği anlamına gelir. Jeoteknik kullanım için temel spesifikasyon gereklilikleri: Blaine inceliği 280 m²/kg'a eşit veya daha büyük; f-CaO içeriği %8'e eşit veya daha az; MgO %10'a eşit veya daha az; Ateşleme kaybı %3'e eşit veya daha az. Çinli, Japon ve Avrupalı ​​çelik üreticileri, inşaat uygulamaları için işlenmiş ve kalite-sertifikalı çelik cürufunun en büyük tedarikçileridir. Sinolook Chemical, çelik cürufuyla kullanılmak üzere alkanolamin aktivatörünü (NBEA, DMEA) herhangi bir tedarikçiden tedarik etmektedir - önerilen karışım tasarım protokolleri ve arıtılabilirlik çalışmanıza yönelik numune miktarları için bizimle iletişime geçin.