籾殻灰と卵殻石灰をベースとしたバインダーの酸性攻撃下での土壌安定化に関する実験的研究

Scientific Reports volume 12、記事番号: 7542 (2022) この記事を引用

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この研究では、粘土質土壌の安定化のための代替バインダーとしての籾殻灰 (RHA) - 卵殻石灰 (ESL) および RHA - 商業石灰 (CL) の使用と、酸性攻撃下での土壌 - バインダー混合物の性能を評価します。 硫酸溶液を用いたバッチ試験により反応性を分析するために、中心的な複合材料設計が実行されました。 物理的および機械的挙動は、圧縮試験と一軸圧縮強度 (UCS) によって評価されました。 反応性テストでは、ESL との混合物の汚染物質の酸性度がより良好に中和されることが実証されました。 最高の圧縮強度、反応性、および有毒元素の部分カプセル化は、土壌に 30% RHA および 6% ESL を適用することと関連しています。 XRD パターンでは、AC-S-H ゲルが結晶質の悪い相で観察されます。 酸性の攻撃にさらされた土壌への RHA-ESL の適用は、環境的に実現可能性があります。 時間の経過に伴う混合強度と組み合わせた RHA 粉砕プロセスの分析、および埋立地の不浸透性バリアでの応用テストが推奨されます。

固形廃棄物は、主に人口増加と消費主義により、世界レベルで懸念が高まっています1。 主要な廃棄物発生源は世界の米生産であり、年間 7 億 5,000 万トンの籾殻が生産されていると推定されています2。 さらに、食品部門からの廃棄物である卵の殻の評価に関連する新しい研究分野があります。 世界では年間 491 万トンの卵殻廃棄物が発生しており、そのうちブラジルでは 278,250 トンです3。

米の加工では、もみ殻からなる廃棄物が 1 億 6,000 万トン発生し、埋め立て地 2 またはエネルギー目的 4 に送られることになります。 エネルギー目的で使用されるもみ殻の一部は、エネルギー生産のためのボイラーの燃料として定期的に使用され、燃焼後は新たな廃棄物、もみ殻灰 (RHA) が生成されます。 RHA は、非晶質シリカの供給源であるためポゾラーナとみなされます 4。 これにより、コンクリート5、6、7、モルタル8、9、土壌浄化プロセス10、吸着11などの複数の目的地でのRHAの適用が促進されます。 ジオポリマーの構成12、排水処理13。

RHA の特性とポゾラン材料としての可能性は、RHA を生成する方法と条件に大きく依存します4,14。 さまざまな業界の RHA は、非晶質シリカの含有量や比表面積が異なる可能性があり、さらにはまだ十分に調査されていない他の特徴も備えています 14,15。 したがって、RHA の特性評価だけでなく、環境のアルカリ度を高める物質 (石灰など) との混合物での RHA の使用の探求も重要です。

これに関連して、多くの研究が、さまざまな地質工学および土木建設用途の代替カルシウム源として卵殻廃棄物の使用を評価しています3,16,17,18,19,20。 さらに、卵殻石灰（ESL）は、RHAなどのポゾラン源とともに土壌安定化のための優れた材料であり、石灰岩鉱物の抽出と改良を避けるため、ドロマイト石灰よりも持続可能な結合剤であることが研究で観察されています4,20,21。

これらの研究では、新しい材料の開発のために RHA と卵殻石灰を単独で使用することを検討していますが、これら 2 つの材料を混合して使用して、圧縮された粘土質残土の機械的および反応性挙動を改善する研究は不足しています。 これらの混合物は、例えば埋め立て地の防水バリアに適用され、廃棄物や尾鉱の処理から生じる酸性汚染物質と接触する可能性があります。 これらのバリアは、その微細構造の劣化を防ぎ、下層土壌への汚染物質の移動を防ぐことができます22。

この論文では、土壌安定化のための代替バインダーとして RHA 卵殻石灰と RHA 市販石灰を比較することで、このギャップを埋めています。 粘土質土壌 - RHA - 石灰混合物の反応性に大きな影響を与える可能性のある要因を調査するために、実験計画が実行されました。 さらに、もみ殻灰の特性評価、一軸圧縮強度試験、環境性能、化学分析および鉱物分析が混合物中で行われました。