⚠️鉄鋼スラグが使いにくい理由

• 遊離石灰（f-CaO）と遊離マグネシア（f-MgO）の含有量が高いため、水和中に体積の不安定性（膨張、亀裂）が発生します
• GGBS よりもアモルファスガラスの含有量が低く、水圧反応の反応表面積が少ない -
• ヒートと鋼種の間で組成が異なる
• 化学的活性化なしで強度がゆっくりと発現
• 結果: 大部分は埋め立てられるか、価値の低い道路路盤-として使用されます

✅ アルカノールアミンのチャンス

• アルカノールアミンはスラグの溶解と C-S-H ゲルの形成を促進し、潜在的な水圧反応性を解き放ちます
• –OH 基はカルシウムを遊離し、f-CaO による膨張傾向を軽減します。
• 補助的な活性剤（石膏、NaOH）と相乗的に作用し、急速な強度の向上をもたらします。
• 土壌結合剤配合物に 30 ～ 60% のスラグ含有量を可能にします
• ポルトランド セメントのみの安定化と比較して、固化 CO₂ を大幅に削減{0}}

🔗 メカニズム 1: カルシウム錯体形成 - による不動態化層の破壊

アルカノールアミンのヒドロキシル基は、スラグ表面に隣接する細孔溶液中の Ca2+ イオンと可溶性錯体を形成します。遊離カルシウムをキレート化することで、スラグ表面への C-S-H の即時再沈殿を防ぎます -。表面を「開いた状態」に保ち、溶解を継続します。この効果は、2 つの –OH 基を持つアルカノールアミン (BDEA) で特に強力ですが、十分な濃度の単一ヒドロキシル グレード (NBEA、DMEA) でも顕著です。その結果、持続的で高い溶解速度が得られ、より迅速かつ完全なポゾラン反応が実現します。

🔗 メカニズム 2: C₃A および C₄AF フェーズの活性化

鉄鋼スラグには、ケイ酸カルシウム相よりも反応性が高いアルミン酸カルシウム (C₃A) 相とアルミン酸カルシウム フェライト (C4AF) 相が大量に含まれていますが、活性化されずに十分に活用されていないことがよくあります。-アルカノールアミン -、特に第三級 DMEA および DEAE - は、これらのアルミン酸塩相の水和を選択的に促進し、エトリンガイト (3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O) およびアルミン酸カルシウム水和物 (CAH) の形成を促進します。これらの製品は細孔空間を急速に満たし、早期の強度向上に貢献し、28 ～ 90 日かけてゆっくりと C-S-H ゲルが形成される枠組みを提供します。

🔗 メカニズム 3: f-CaO 膨張の緩和

鉄鋼スラグ中の遊離石灰（f-CaO）はポルトランダイト（Ca(OH)₂）に水和し、約 97% - の体積膨張を引き起こし、制御しないと結合剤の微細構造に亀裂が入って破壊されます。アルカノールアミンのヒドロキシル基複合体は、f-CaO 水和から放出される Ca2+ を遊離させ、急速なポルトランダイト結晶化を引き起こす局所的なカルシウム濃度のスパイクを緩和します。この「化学老化」効果により膨潤傾向が軽減され、安定化土壌用途ではアルカノールアミン-活性化スラグが非活性化スラグよりも寸法安定性が高くなります。

NBEAの研究結果

• スラグ重量の 1～3% の用量で、NBEA はスラグ単独と比較して、スラグで安定化された軟質粘土の 7- 日間圧縮強度を 35～60% 加速します
• 第一級アミン基は第三級アミンよりもスラグ表面の Si-O 結合との反応性が高く、より迅速な初期溶解を促進します。
• NBEA + 石膏 (3%) の相乗効果により、軟弱地盤安定化試験において、基準混合物と比較して 28 日間の UCS が 40 ～ 75% 向上します。
• f{0}CaO 含有量が最大 8% の鉄鋼スラグに効果的 - f-CaO の前処理が必要-
• 掲載誌:建設および建築資材, 危険物ジャーナル, 応用粘土科学

DMEAの研究結果

• DMEA は 0.5 ～ 2% の用量で、鉄鋼スラグ中の C₃A および C₄AF 水和を選択的に促進し、28 日および 90 日の強度に不釣り合いに寄与します。
• DMEA- 活性化スラグは、ポルトランド セメント-主体の混合物と比較して、高-スラグ（40 ～ 60% のスラグ代替）システムで優れた性能を示します
• kgあたりのモル濃度が高いため、NBEAよりも低い添加レベルで済みます（NBEAではMW 89対103）。
• DMEA + スラグ システムでは、石灰のみの安定化と比較して、汚染土壌からの Pb、Cd、Zn、Cu の浸出が減少します。-
• 掲載誌:セメントおよびコンクリート複合材料, クリーナー生産ジャーナル, 廃棄物管理

3～7日

初期の強化段階

活性化された C3A + 石膏からのエトリンガイトの形成により、初期硬化が行われます。強度増加率は、同じバインダー含有量のポルトランドセメントの 60 ～ 80% です。

28日

ポゾラン相

スラグ溶解による C-S-H ゲルの形成が大幅に加速されます。 DMEA + 石膏を使用すると、28 日間の UCS は、同じバインダー含有量でポルトランド セメント基準の 85 ～ 100% に達します。

90～180日

ゲインフェーズの継続

ポルトランドセメントとは異なり、活性スラグバインダーは 90 ～ 180 日経過しても強度が増加し続けます。アルカノールアミン活性化スラグの長期（1-年）UCSは、ポルトランドセメントの基準値を10～25%上回ることがよくあります。

1️⃣ pH上昇 → 金属の析出

スラグの水和によって生成されるアルカリ性の細孔溶液 (pH 11 ～ 12.5) により、ほとんどの重金属が不溶性の水酸化物として沈殿します。鉛 (Pb²⁺)、カドミウム (Cd²⁺)、亜鉛 (Zn²⁺)、ニッケル (Ni²⁺)、銅 (Cu²⁺) はすべて、pH 9 ～ 12 の範囲で溶解度が最小になります。これらの水酸化物は一旦沈殿すると、硬化する C-S-H ゲル マトリックス内に物理的にカプセル化され、後で局所的な pH が低下したとしても再溶解を防ぎます。-。アルカノールアミンは、炭酸化による pH 低下に対して細孔溶液を緩衝することで、pH の安定性に貢献します。{10}}

2️⃣ C-S-H ゲルの吸着と構造の組み込み

ケイ酸カルシウム水和物ゲル (C-S-H) -、主結合相 - は、大きな表面積 (100 ～ 700 m²/g) と高いイオン交換容量を備えた層状結晶構造を持っています。重金属カチオン（特に Pb2+、Cd2+、Zn2+）は、結晶格子内の Ca2+ を置換することによって C-S-H 中間層に組み込まれます。この構造的組み込みは表面吸着よりもはるかに耐久性が高く、C-S-H に組み込まれた金属は、延長された TCLP (毒性特性浸出手順) または EN 12457 バッチ浸出試験でも最小限の浸出を示します。

3️⃣ アルカノールアミンキレート化 - 追加の隔離層

安定化されたマトリックスに残留するアルカノールアミンのヒドロキシル基とアミン基は、重金属イオンと配位錯体を形成することができ、pH{0}}による沈殿や C-S-H の取り込みを超える追加の隔離機構を提供します。 DMEA-安定化土壌に関する研究データは、TCLP 試験における Pb 浸出液濃度がポルトランド セメントより 40 ～ 65% 低いことを示しています-同じ結合剤用量でのみ参照-この違いの一部は、他の固定化経路と並行して作用するこのキレート効果に起因すると考えられます。

📋 ミックスデザイン手順

1. 鉄鋼スラグの特性評価: f-CaO、MgO の XRF。相組成のためのXRD。ブレインの細かさ
2. 土壌の特性評価: アッターベルグ限界、粒度分布、有機含有量、pH、汚染プロファイル (該当する場合)
3. 3 結合剤含有量 × 3 アルカノールアミン用量 × 2 石膏レベルで試用混合物を設計します=18 最小混合物の組み合わせ
4. 20度、相対湿度95%で硬化。 7、28、90日目にUCSをテストする
5. S/S アプリケーションの場合: 28 日間の試験片に対して TCLP または EN 12457 浸出テストも実行します。
6. UCS、浸出水、コスト基準に基づいて最適な混合を選択

⚠️ 確認すべき主な制約

• f-CaO content: if >8%、-スラグを蒸気エージングで前処理するか、膨張を避けるためにスラグ含有量を制限します
• Organic content of soil: if >5%、有機物がセメント反応を妨げます - 前処理ステップに石灰を追加します-
• 硫酸塩-に敏感な環境: 地下水の硫酸塩が高い場合は、エトリンガイト-関連の膨張を避けるために耐硫酸塩-スラグ混合物を使用してください。
• アルカノールアミンの投与量の上限: スラグ重量の 3% を超えると、強度が増加して頭打ちになり、作業性が低下します - 投与量を超えないようにしてください-

−75%

埋め込まれた CO₂

同等のバインダー含有量のポルトランドセメントとの比較 (スラグ=~50 kg CO₂/t; PC=~800 kg CO₂/t)

0kg

主原料

鉄鋼スラグは産業廃棄物です - をバインダーとして使用すると、一次原料の採取が完全に置き換えられます

EN 14227

調節経路

油圧道路バインダーの EU 規格では、スラグベースの材料が受け入れられています。{0}国の廃棄物枠組み規制では通常、ブラウンフィールド修復のための S/S 処理が許可されています

🚜その場での安定化（ディープミキシング）-

深層混合装置（単軸または多軸混合ツール）を使用して軟弱地盤を改良する場合、アルカノールアミンは注入前にバッチ プラントでスラグ スラリーと事前に混合されます。-スラリーの水/結合剤の比率は通常 0.6 ～ 0.8 です。アルカノールアミンはスラリーの流動性と作業性を改善し、射出圧力を低減し、軟粘土層への浸透を改善します。最小カラム直径: 500 mm;一般的な設置深さ: 5 ～ 20 m。

🔄現場外安定化（パグミル混合）

掘削した土壌は、パグミルまたはパグミキサーで乾燥スラグ + アルカノールアミン溶液 (または事前に混合した液体活性化剤) と混合されます。-その後、活性化された混合物は掘削現場に戻されるか、指定された処理セルに入れられます。このアプローチは、混合設計のより正確な品質管理を可能にし、汚染物質の分布が不規則な不均質な汚染土壌の S/S 修復に適しています。

⏱️ 作業時間とポットライフ

アルカノールアミン-活性化スラグ混合物の作業時間（初期硬化までの時間）は 20 度で 2～6 時間ですが、ポルトランドセメント-主体の混合物の場合は 0.5～2 時間です。この作業時間の延長は、大面積の安定化作業において運用上の利点となります。{8}}気温が 30 度を超えると、作業時間は 1 ～ 3 時間に短縮されます。- それに応じてバッチ処理と配置を計画してください。

💧 水と湿気の管理

スラグの水硬反応には水 - が必要ですが、過剰な水分は結合剤を希釈し、強度を低下させます。最適な処理水分は通常、OMC (最適水分含有量) + 0 – 3% です。自然の土壌水分がこれを超える場合は、スラグを添加する前に、事前乾燥または乾燥生石灰の添加（自由水を消費して温度を上げるため）を行うことをお勧めします。-アルカノールアミン活性化剤は、混合中の均一な分散を促進するために、希薄水溶液 (濃度 5 ～ 15%) として添加されます。

Q: アルカノールアミン-活性化鉄鋼スラグは、規制対象の修復プロジェクトでの使用が承認されていますか?

ほとんどの管轄区域では、処理された材料が修復設計で指定された必要な性能基準（UCS、浸出液濃度、耐久性）を満たしている限り、新しいバインダー配合を使用した S/S 技術が許可されています。アルカノールアミンは低濃度の加工助剤です - これは主要なバインダー成分ではありません。規制上の承認には通常、次のことが必要です。(1) TCLP または同等の浸出液の遵守を示す処理可能性の研究。 (2) 28 日目に UCS のデモンストレーションを実施。 (3) REACH 準拠文書を含むスラグの材料特性評価。 (4) 一部の管轄区域では、適用される廃棄物枠組み規制に基づいてスラグが製品 (廃棄物ではない) として分類されます。地域の環境規制当局に相談し、プロジェクト開始時の鉄鋼スラグの廃棄物/製品分類を確認してください。

Q: アルカノールアミン自体が処理土壌から浸出して環境リスクを引き起こすことはありますか?

典型的な用量 (スラグ重量の 1 ～ 3%、乾燥土壌重量の 0.1 ～ 0.6% に相当) では、間隙水浸出液中のアルカノールアミン濃度は非常に低くなります -。標準的なバッチ浸出試験では通常 1 mg/L 未満です。 NBEA と DMEA はどちらも本質的に容易に生分解性です (DMEA は OECD 301B に従って容易に生分解性です)。つまり、浸出したアルカノールアミンは土壌微生物によって代謝されます。カナダ保健省によるアルカノールアミンの環境評価 (2013) および REACH 登録データでは、これらの濃度では重大な水生または陸上のリスクがないことが確認されています。また、アルカノールアミンは時間の経過とともに C-S-H ゲル構造内で部分的に結合し、その移動度がさらに低下します。

Q: この技術はヒ素汚染土壌を処理できますか?{0}}

ヒ素には、ほとんどの重金属とは異なる固定化の課題があります。高い pH (10 以上) では、ヒ酸塩 (As(V)) が不溶性のヒ酸カルシウム沈殿物 - を形成し、アルカリ性スラグ結合剤がこれを促進します。ただし、亜ヒ酸 (As(III)、より移動しやすく毒性の高い形態) は、高 pH では固定化効果が低下するため、追加の処理が必要になる場合があります。ヒ素-で汚染された場所では、混合物に硫酸第一鉄（FeSO₄）を添加することが推奨されます。-鉄-ヒ素の共沈-により、どの pH でも不溶性のヒ酸鉄が生成されます。アルカノールアミン-活性化スラグ（機械的強度およびその他の重金属の固定化用）と硫酸第一鉄（ヒ素特異的処理用）の組み合わせは、文献に記載されている効果的な二重メカニズムのアプローチです。-

Q: アルカノールアミン-活性化スラグは、地震地帯や湿潤/乾燥サイクルが起こりやすい地域ではどのように機能しますか?

耐震用途の場合、重要な基準は、安定化された材料が脆くないこと-、突然破損することなく変形することです。アルカノールアミン-活性化スラグ結合材は、500 ～ 800 kPa の範囲で UCS に硬化すると、同等の UCS でポルトランド セメント安定化土壌よりも高いひずみ破壊率を示し、液状化可能な地盤の耐震安定化に適しています。{6}{7}湿潤/乾燥耐久性に関しては、スラグ-ベースのバインダーは一般にポルトランドセメントと同等の性能を発揮します-C-S-H ゲルは水の存在下で安定です。主な脆弱性は、地下水の硫酸塩含有量が高い場合（SO₄²⁻ 1,500 mg/L 以上）、硫酸塩による攻撃です。硫酸塩が豊富な環境では、- 耐硫酸塩-スラグ ブレンドまたはポートランド スラグ セメント（PSC）を使用する必要があります。-。

Q: 安定化プロジェクトで使用する鉄鋼スラグはどこで入手できますか?

鉄鋼スラグは、一貫製鉄所（転炉スラグ、電炉スラグ）および二次製鉄施設から直接入手できます。ほとんどの国では、廃棄物ではなく副産物として分類されています。つまり、廃棄物管理の許可がなくても商業的に販売できます。-地盤工学的用途の主な仕様要件: ブレイン繊度 280 m²/kg 以上。 f-CaO 含有量 8% 以下。 MgO 10% 以下。強熱減量 3%以下。中国、日本、ヨーロッパの鉄鋼メーカーは、建設用途向けに加工され品質が認定された鉄鋼スラグの最大の供給者です。{9}} Sinolook Chemical は、鉄鋼スラグに使用するアルカノールアミン活性化剤 (NBEA、DMEA) をあらゆるサプライヤーから供給しています - 処理性研究のための推奨混合設計プロトコルとサンプル量については、お問い合わせください。