Экспериментальное исследование вяжущего на основе золы рисовой шелухи и извести из яичной скорлупы для стабилизации грунтов в условиях кислого воздействия

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 7542 (2022) Цитировать эту статью

2494 Доступа

3 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании оценивается использование золы рисовой шелухи (RHA)-извести из яичной скорлупы (ESL) и RHA-технической извести (CL) в качестве альтернативных связующих для стабилизации глинистых почв, а также эффективность почвенно-вяжущих смесей при кислотном воздействии. Центральный композитный дизайн был выполнен для анализа реакционной способности путем периодических испытаний с раствором серной кислоты. Физическое и механическое поведение оценивали с помощью испытания на сжатие и прочности на неограниченное сжатие (UCS). Испытания на реактивность показали лучшую нейтрализацию кислотности примесей для смесей с ESL. Наибольшая прочность на сжатие, реакционная способность и частичное капсулирование токсичных элементов связаны с внесением в почву 30% RHA и 6% ESL. На рентгенограмме гель AC–S–H наблюдается в слабокристаллических фазах. Применение RHA-ESL в почвах, подверженных воздействию кислот, имеет экологическую целесообразность. Рекомендуется анализ процессов измельчения RHA в сочетании с прочностью смеси во времени, а также испытания ее применения в непроницаемых барьерах на свалках.

Твердые отходы представляют собой растущую проблему на глобальном уровне, главным образом из-за роста населения и потребительства1. Основным источником отходов является мировое производство риса, которое, по оценкам, производит 750 миллионов тонн рисовой шелухи в год2. Кроме того, появилась новая область исследований, связанная с оценкой отходов пищевого сектора – яичной скорлупы. Ежегодно в мире образуется 4,91 миллиона тонн отходов яичной скорлупы, из них 278 250 тонн приходится на Бразилию3.

При переработке риса образуется 160 миллионов тонн отходов, состоящих из рисовой шелухи, которые отправляются на свалки2 или используются в энергетических целях4. Часть рисовой шелухи, используемая в энергетических целях, регулярно используется в качестве топлива в котлах для производства энергии, а после сжигания образуется новый отход: зола рисовой шелухи (ЗРШ). RHA считается пуццоланом из-за его источника аморфного кремнезема4; который способствует применению RHA в различных целях, таких как производство бетона5,6,7, строительных растворов8,9, процессы восстановления почвы10, адсорбция11; создание геополимеров12 и очистка сточных вод13.

Характеристики RHA и его потенциал как пуццоланового материала сильно зависят от методов и условий, в которых был создан RHA4,14. RHA из разных отраслей промышленности может иметь различное содержание аморфного кремнезема и удельную поверхность, а также другие отличительные характеристики, которые все еще плохо изучены14,15. Поэтому важна не только характеристика RHA, но и исследование возможности его использования в смесях с материалами, повышающими щелочность среды (например, известью).

В этом контексте во многих исследованиях оценивалось использование отходов яичной скорлупы в качестве альтернативного источника кальция для различных геотехнических и гражданских строительных целей3,16,17,18,19,20. Кроме того, исследования показали, что известь из яичной скорлупы (ESL) представляет собой превосходный материал для стабилизации почвы наряду с пуццолановым источником, таким как RHA, и более устойчивым связующим веществом, чем доломитовая известь, поскольку она позволяет избежать извлечения и улучшения минералов известняка4,20,21.

Хотя в этих исследованиях изучается изолированное применение RHA и извести из яичной скорлупы для разработки новых материалов, исследований по использованию этих двух материалов в смеси для улучшения механических и реактивных свойств уплотненных глинистых остаточных почв недостаточно. Эти смеси можно наносить, например, на гидроизоляционные барьеры на свалках, а также при контакте с кислотными загрязнителями, образующимися при утилизации отходов или хвостохранилищ. Эти барьеры могут предотвратить деградацию ее микроструктуры и предотвратить миграцию загрязняющих веществ в недра22.

Данная статья заполняет этот пробел, сравнивая известь из яичной скорлупы RHA с коммерческой известью RHA в качестве альтернативных вяжущих веществ для стабилизации грунта. Была выполнена экспериментальная планировка с целью изучения факторов, которые могут существенно повлиять на реакционную способность смесей глинистая почва-RHA-известка. Кроме того, в смесях были проведены характеристики золы рисовой шелухи, испытания на прочность при неограниченном сжатии, экологические показатели, химические и минералогические анализы.