Publikowanie artykułów jest możliwe po podpisaniu zgody na przeniesienie licencji na czasopismo.
Porównanie efektywności receptur mieszanin w stabilizacji/utwardzaniu pyłu lessowego zanieczyszczonego cynkiem pod kątem właściwości mechanicznych
Agnieszka Lal
a.lal@pollub.plKatedra Inżynierii Materiałów Budowlanych i Geoinżynierii; Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska (Polska)
https://orcid.org/0000-0002-3557-6064
Joanna Fronczyk
Katedra Rewitalizacji i Architektury; Instytut Budownictwa; Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego – SGGW (Polska)
https://orcid.org/0000-0001-5963-7813
Małgorzata Franus
Katedra Budownictwa Ogólnego; Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska (Polska)
https://orcid.org/0000-0003-2317-4196
Abstrakt
Efektywność różnych rodzajów spoiw w stabilizacji/utwardzaniu (S/U) zanieczyszczonych gleb silnie zależy od rodzaju gleby i obecnych zanieczyszczeń. Literatura obfituje w badania nad stabilizacją/utwardzaniem gleb gliniastych, co stanowi tło dla wstępnych założeń w projektowaniu metody aplikacji dla zanieczyszczonych gleb tego typu. Jednakże, badania nad stabilizacją/utwardzaniem pyłu lessowego zanieczyszczonego metalami ciężkimi nie są dostępne. Wypełnienie tej luki jest ważne, aby zapewnić szybkie przyjęcie najbardziej skutecznych środków zaradczych w przypadku zanieczyszczenia gleby i ich natychmiastowe wdrożenie w warstwach podbudowy. Niniejszy artykuł umożliwił określenie najbardziej efektywnej mieszanki spośród badanych do rekultywacji pyłu lessowego zanieczyszczonego cynkiem pod kątem wytrzymałości na ściskanie. Wytrzymałości ustalono przy zastosowaniu 30% cementu Portlandzkiego (2,63 MPa), 30% mieszanki popiołu lotnego z cementem (2,21 MPa), mieszanki popiołu z przepalonego osadu ściekowego z cementem (0,93 MPa) oraz mieszanki, w których cement został zastąpiony aktywatorem MgO (0,18 MPa dla popiołu lotnego i 0,63 MPa dla popiołu z przepalonego osadu ściekowego). Dodatkowo, wyznaczono wytrzymałość dla próbek zawierających mieszankę popiołu lotnego, aktywatora i cementu (0,26 MPa) oraz popiołu z przepalonego osadu ściekowego, aktywatora i cementu (0,26 MPa), przy stosunkach wagowych odpowiednio 5:4:1. Podsumowując, można uznać, że popiół lotny i cement w stosunku 2:1 to najbardziej efektywna mieszanka wiążąca pod kątem zwiększenia wytrzymałości na ściskanie bez ograniczeń.
Instytucje finansujące
Badanie zostało sfinansowane w ramach projekt "Popiół lotny jako prekursory materiałów funkcjonalizowanych do zastosowań w inżynierii środowiska, inżynierii lądowej i rolnictwie" nr POIR.04.04.00-00-14E6/18-00, realizowany w ramach programu TEAM-NET Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.
Słowa kluczowe:
pył lessowy, alternatywne spoiwo, aktywator, wytrzymałość na ściskanieBibliografia
Jin F. et al., “Three-year performance of in-situ solidified/stabilised soil using novel MgO-bearing binders,” Chemosphere, vol. 144, (Feb. 2016), pp. 681–688. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.09.046
DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.09.046
Google Scholar
Voglar G. E. and Leštan D., “Efficiency modeling of solidification/stabilization of multi-metal contaminated industrial soil using cement and additives,” Journal of Hazardous Materials, vol. 192, no. 2, (Aug. 2011), pp. 753–762. https://doi.org/10.1016/J.JHAZMAT.2011.05.089
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.05.089
Google Scholar
Scanferla P. et al., “An innovative stabilization/solidification treatment for contaminated soil remediation: Demonstration project results,” Journal of Soils and Sediments, vol. 9, no. 3, (2009), pp. 229–236. https://doi.org/10.1007/s11368-009-0067-z
DOI: https://doi.org/10.1007/s11368-009-0067-z
Google Scholar
Palansooriya K. N. et al., “Soil amendments for immobilization of potentially toxic elements in contaminated soils: A critical review,” Environment International, vol. 134, no. June 2019, (2020), p. 105046. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.105046
DOI: https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.105046
Google Scholar
Janiszewska S. et al., “Przegląd metod oczyszczania gruntów i wód gruntowych in-situ,” Przeglad Geologiczny, vol. 65, no. 10, (2017), pp. 908–915.
Google Scholar
Alzhanova G. Z. et al., “Development of Environmentally Clean Construction Materials Using Industrial Waste,” Materials, vol. 15(16), 2022, p. 5726. https://doi.org/10.3390/ma15165726
DOI: https://doi.org/10.3390/ma15165726
Google Scholar
Navarro A. et al., “Immobilization of Cu, Pb and Zn in mine-contaminated soils using reactive materials,” Journal of Hazardous Materials, vol. 186, no. 2–3, 2011, pp. 1576–1585. https://doi.org/10.1016/J.JHAZMAT.2010.12.039
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.12.039
Google Scholar
Saadeldin R. and Siddiqua S., “Geotechnical characterization of a clay–cement mix,” Bulletin of Engineering Geology and the Environment, vol.72, 2013, pp. 601–608. https://doi.org/10.1007/s10064-013-0531-2
DOI: https://doi.org/10.1007/s10064-013-0531-2
Google Scholar
Sun Y. et al., “The Effects of Portland and Sulphoaluminate Cements Solidification/ Stabilization on Semi-Dynamic Leaching of Heavy Metal from Contaminated Sediment,” Sustainability, vol. 14, 2022, 5681. https://doi.org/10.3390/su14095681.
DOI: https://doi.org/10.3390/su14095681
Google Scholar
Means J. et al., Application of Solidification and Stabilization to Waste Materials. CRC-Press, 1995.
Google Scholar
Bone B. D. et al., "Review of scientific literature on the use of stabilisation / solidification for the treatment of contaminated soil , solid waste and sludges", CLaIRE Guidance Bulletin Gualdlince, no. 1, January 2004, pp. 1-8. https://doi.org/10.13140/2.1.1055.6163
Google Scholar
Guo B. et al., “The mechanisms of heavy metal immobilization by cementitious material treatments and thermal treatments : A review,” Journal of Environmental Management, vol. 193, 2017, pp. 410–422. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.02.026
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.02.026
Google Scholar
Sharma H. D. and Reddy K. R., “Geoenvironmental Engineering: Site Remediation, Waste Containment, and Emerging Waste Management Technologies,” Environment International, vol. 35, 2004, pp. 50–55.
Google Scholar
Batchelor B., “Overview of waste stabilization with cement,” Waste Management, vol. 26, no. 7, 2006, pp. 689–698. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2006.01.020
DOI: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2006.01.020
Google Scholar
Roy A. et al., “Solidification/stabilization of a heavy metal sludge by a Portland cement/fly ash binding mixture,” Hazardous Waste and Hazardous Materials, vol. 8, no. 1, 1991, pp. 33–41. https://doi.org/https://doi.org/10.1089/hwm.1991.8.33
DOI: https://doi.org/10.1089/hwm.1991.8.33
Google Scholar
Lin S. L. et al., “Stabilization and solidification of lead in contaminated soils,” Journal of Hazardous Materials, vol. 48, no. 1–3, Jun. 1996, pp. 95–110. https://doi.org/10.1016/0304-3894(95)00143-3
DOI: https://doi.org/10.1016/0304-3894(95)00143-3
Google Scholar
Sanchez F. et al., “Leaching of inorganic contaminants from cement-based waste materials as a result of carbonation during intermittent wetting,” Waste Management, vol. 22, no. 2, Jan. 2002, pp. 249–260. https://doi.org/10.1016/S0956-053X(01)00076-9
DOI: https://doi.org/10.1016/S0956-053X(01)00076-9
Google Scholar
Yilmaz O. et al., “Comparison of Two Leaching Tests to Assess the Effectiveness of Cement-Based Hazardous Waste Solidification/Stabilization,” Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, vol. 27(3), 2003, pp. 201-212.
Google Scholar
Shawabkeh R. A., “Solidification and stabilization of cadmium ions in sand–cement–clay mixture,” Journal of Hazardous Materials, vol. 125, no. 1–3, Oct. 2005, pp. 237–243. https://doi.org/10.1016/J.JHAZMAT.2005.05.037
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.05.037
Google Scholar
Moon D. H. et al., “An assessment of Portland cement, cement kiln dust and class C fly ash for the immobilization of Zn in contaminated soils,” Environmental Earth Sciences, vol. 61, no. 8, 2010, pp. 1745–1750. https://doi.org/10.1007/s12665-010-0596-1
DOI: https://doi.org/10.1007/s12665-010-0596-1
Google Scholar
Voglar G. E. and Leštan D., “Solidification/stabilisation of metals contaminated industrial soil from former Zn smelter in Celje, Slovenia, using cement as a hydraulic binder,” Journal of Hazardous Materials, vol. 178, no. 1–3, Jun. 2010, pp. 926–933. https://doi.org/10.1016/J.JHAZMAT.2010.02.026
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.02.026
Google Scholar
Kogbara R. B. et al., “Process Envelopes For Stabilised/Solidified Contaminated Soils: initiation work,” in Fifth International Conference on Environmental Science and Technology, Houston, Texas, USA, 2010. https://doi.org/10.13140/2.1.3481.7608
Google Scholar
Kogbara R. B. et al., “PH-dependent leaching behaviour and other performance properties of cement-treated mixed contaminated soil,” Journal of Environmental Sciences (China), vol. 24, no. 9, Sep. 2012, pp. 1630–1638. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(11)60991-1
DOI: https://doi.org/10.1016/S1001-0742(11)60991-1
Google Scholar
Tariq A. and Yanful E. K., “A review of binders used in cemented paste tailings for underground and surface disposal practices,” Journal of Environmental Management, vol. 131, 2013, pp. 138–149. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.09.039
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.09.039
Google Scholar
Du Y. J. et al., “Effect of acid rain pH on leaching behavior of cement stabilized lead-contaminated soil,” Journal of Hazardous Materials, vol. 271, Apr. 2014, pp. 131–140. https://doi.org/10.1016/J.JHAZMAT.2014.02.002
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.02.002
Google Scholar
Wei M.-L. et al., “Effects of freeze-thaw on characteristics of new KMP binder stabilized Zn- and Pb-contaminated soils,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 22, 2015, pp. 19473–19484. https://doi.org/10.1007/s11356-015-5133-z
DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-015-5133-z
Google Scholar
Perera A. and Al-Tabbaa A., “Stabilisation/Solidification Treatment and Remediation,” in Stabilisation/Solidification Treatment and Remediation, 23rd ch., 2005, pp. 181–191. https://doi.org/10.1201/9781439833933.ch23
DOI: https://doi.org/10.1201/9781439833933.ch23
Google Scholar
Wang L. et al., “Recycling contaminated wood into eco-friendly particleboard using green cement and carbon dioxide curing,” Journal of Cleaner Production, vol. 137, Nov. 2016, pp. 861–870. https://doi.org/10.1016/J.JCLEPRO.2016.07.180
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.07.180
Google Scholar
Morales L. et al., “Microbiological induced carbonate (CaCO3) precipitation using clay phyllites to replace chemical stabilizers (cement or lime),” Applied Clay Science, vol. 174, 2019, pp. 15–28. https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.03.018
DOI: https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.03.018
Google Scholar
Mujah D. et al., “Microstructural and Geomechanical Study on Biocemented Sand for Optimization of MICP Process,” Journal of Materials in Civil Engineering, vol. 31, no. 4, 2019. https://doi.org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0002660
DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002660
Google Scholar
Scrivener K. L. and Kirkpatrick R. J., “Innovation in use and research on cementitious material,” Cement and Concrete Research, vol. 38, no. 2, Feb. 2008, pp. 128–136. https://doi.org/10.1016/J.CEMCONRES.2007.09.025
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.09.025
Google Scholar
Li W. et al., “Comparison of reactive magnesia, quick lime, and ordinary Portland cement for stabilization/solidification of heavy metal-contaminated soils,” Science of the Total Environment, vol. 671, 2019, pp. 741–753. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.270
DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.270
Google Scholar
Kogbara R. B. et al., “Cement–fly ash stabilisation/solidification of contaminated soil: Performance properties and initiation of operating envelopes,” Applied Geochemistry, vol. 33, no. 2013, Jun. 2013, pp. 64–75. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2013.02.001
DOI: https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2013.02.001
Google Scholar
Akhter H. et al., “Immobilization of As, Cd, Cr and PB-containing soils by using cement or pozzolanic fixing agents,” Journal of Hazardous Materials, vol. 24, no. 2–3, Jan. 1990, pp. 145–155. https://doi.org/10.1016/0304-3894(90)87006-4
DOI: https://doi.org/10.1016/0304-3894(90)87006-4
Google Scholar
Kong R. et al., “Stabilization of Loess Using Nano-SiO2,” Materials, vol. 11, no. 6, Jun. 2018, p. 1014. https://doi.org/10.3390/ma11061014
DOI: https://doi.org/10.3390/ma11061014
Google Scholar
Ma Y. and Chen W., “Study on the Mechanism of Stabilizing Loess with Lime: Analysis of Mineral and Microstructure Evolution,” Advances in Civil Engineering, vol. 2021, May 2021, pp. 1–11. https://doi.org/10.1155/2021/6641496
DOI: https://doi.org/10.1155/2021/6641496
Google Scholar
Liu Z. et al., “Feasibility Study of Loess Stabilization with Fly Ash–Based Geopolymer,” Journal of Materials in Civil Engineering, vol. 28, no. 5, (2016), pp. 1–8. https://doi.org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0001490
DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001490
Google Scholar
Nepelski K. and Lal A., “CPT parameters of loess subsoil in Lublin area,” Applied Sciences, vol. 45, 2021, pp. 1–13. https://doi.org/10.3390/app11136020
DOI: https://doi.org/10.3390/app11136020
Google Scholar
ASTM, “ASTM, 2006. Annual Book of ASTM Standards, 04.08. American Society for Testing and Materials, Philadelphi,” ASTM International, vol. 04, 2000, pp. 1–12.
Google Scholar
Erdem M. and Özverdi A., “Environmental risk assessment and stabilization/solidification of zinc extraction residue: II. Stabilization/solidification,” Hydrometallurgy, vol. 105, no. 3–4, 2011, pp. 270–276. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.10.014
DOI: https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.10.014
Google Scholar
Goodarzi A. R. and Movahedrad M., “Stabilization/solidification of zinc-contaminated kaolin clay using ground granulated blast-furnace slag and different types of activators,” Applied Geochemistry, vol. 81, 2017, pp. 155–165. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2017.04.014
DOI: https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2017.04.014
Google Scholar
Zhou Y. et al., “A combination method to study microbial communities and activities in zinc contaminated soil,” Journal of Hazardous Materials, vol. 169, no. 1–3, Sep. 2009, pp. 875–881. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.04.027
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.04.027
Google Scholar
Lal, A., Fronczyk, J. i Franus, M. (2023) „Porównanie efektywności receptur mieszanin w stabilizacji/utwardzaniu pyłu lessowego zanieczyszczonego cynkiem pod kątem właściwości mechanicznych”, Budownictwo i Architektura, 22(1), s. 025–035. doi: 10.35784/bud-arch.3407.
Autorzy
Agnieszka Lala.lal@pollub.pl
Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych i Geoinżynierii; Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska Polska
https://orcid.org/0000-0002-3557-6064
Autorzy
Joanna FronczykKatedra Rewitalizacji i Architektury; Instytut Budownictwa; Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego – SGGW Polska
https://orcid.org/0000-0001-5963-7813
Autorzy
Małgorzata FranusKatedra Budownictwa Ogólnego; Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska Polska
https://orcid.org/0000-0003-2317-4196
Statystyki
Abstract views: 161PDF downloads: 42
Licencja
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
Budownictwo i Architektura wspiera program otwartej nauki. Czasopismo umożliwia otwarty dostęp (Open Access) do publikacji. Każdy może przeglądać, pobierać i przekazywać artykuły pod warunkiem przestrzegania zasad licencji.
