⚠️ Pourquoi les scories d'acier sont difficiles à utiliser

• Une teneur élevée en chaux libre (f-CaO) et en magnésie libre (f-MgO) provoque une instabilité du volume (expansion, fissuration) lors de l'hydratation
• Teneur en verre amorphe inférieure à celle du GGBS - surface réactive inférieure pour la réaction hydraulique
• Composition variable entre les chaleurs et les nuances d'acier
• Développement lent de la résistance sans activation chimique
• Résultat : la majorité est mise en décharge ou utilisée comme remblai de sous-couche-de route à faible valeur.

✅ L'opportunité alcanolamine

• Les alcanolamines accélèrent la dissolution des scories et la formation de gel C-S-H, libérant ainsi la réactivité hydraulique latente.
• Le –OH regroupe le calcium libre complexe, réduisant ainsi la tendance à l'expansion de f-CaO
• Fonctionne en synergie avec des activateurs supplémentaires (gypse, NaOH) pour donner un gain de force rapide
• Permet une teneur en scories de 30 à 60 % dans les formulations de liants de sol
• Réduit considérablement le CO₂ incorporé par rapport au ciment Portland -stabilisation uniquement

🔗 Mécanisme 1 : Complexation du calcium - perturbant la couche passivante

Les groupes hydroxyle de l'alcanolamine forment des complexes solubles avec les ions Ca²⁺ dans la solution interstitielle adjacente à la surface du laitier. En chélatant le calcium libre, ils empêchent la re-précipitation immédiate du C-S-H sur la surface du laitier - gardant la surface « ouverte » à une dissolution continue. Cet effet est particulièrement fort pour les alcanolamines à deux groupes –OH (BDEA), mais également significatif pour les qualités hydroxyles simples (NBEA, DMEA) à une concentration suffisante. Le résultat est un taux de dissolution soutenu et plus élevé qui se traduit par une réaction pouzzolanique plus rapide et plus complète.

🔗 Mécanisme 2 : activation des phases C₃A et C₄AF

Les scories d'acier contiennent des quantités importantes de phases d'aluminate de calcium (C₃A) et d'aluminoferrite de calcium (C₄AF) qui sont plus réactives que les phases de silicate de calcium mais souvent sous-utilisées sans activation. Les alcanolamines -, en particulier les qualités tertiaires DMEA et DEAE -, accélèrent sélectivement l'hydratation de ces phases d'aluminate, favorisant la formation d'ettringite (3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O) et d'aluminate de calcium hydraté (CAH). Ces produits remplissent rapidement l'espace des pores, contribuant à un gain de résistance précoce et fournissant la structure sur laquelle un gel C-S-H plus lent se forme sur 28 à 90 jours.

🔗 Mécanisme 3 : f-atténuation de l'expansion de CaO

La chaux libre (f-CaO) dans les scories d'acier s'hydrate en portlandite (Ca(OH)₂), provoquant une expansion volumétrique d'environ 97 % - qui fissure et perturbe la microstructure du liant si elle n'est pas contrôlée. Les groupes hydroxyle du complexe alcanolamines libèrent le Ca²⁺ libéré par l'hydratation du f-CaO, modérant le pic de concentration local en calcium qui entraîne la cristallisation rapide de la portlandite. Cet effet de « vieillissement chimique » réduit la tendance au gonflement, rendant les scories activées par l'alcanolamine-plus stables dimensionnellement que les scories non activées dans les applications sur sols stabilisés.

Résultats de la recherche du NBEA

• À un dosage de 1 à 3 % sur le poids du laitier, le NBEA accélère de 35 à 60 % la résistance à la compression sur 7 - jours de l'argile molle stabilisée par le laitier par rapport au laitier seul.
• Le groupe amine primaire présente une réactivité plus élevée avec les liaisons Si – O de la surface du laitier que les amines tertiaires, favorisant une dissolution initiale plus rapide.
• La synergie NBEA + gypse (3 %) produit des gains UCS sur 28 jours de 40 à 75 % par rapport au mélange de référence dans les essais de stabilisation des sols mous.
• Efficace dans les scories d'acier avec une teneur en f-CaO jusqu'à 8 % - plus élevée f-CaO nécessite un pré-traitement
• Publié dans :Construction et matériaux de construction, Journal des matières dangereuses, Science appliquée de l'argile

Résultats de la recherche DMEA

• À un dosage de 0,5 à 2 %, le DMEA accélère sélectivement l'hydratation du C₃A et du C₄AF dans les scories d'acier, contribuant de manière disproportionnée à la résistance à 28 et 90 jours.
• Les scories activées DMEA-affichent des performances supérieures dans les systèmes à haute teneur en-scories (remplacement de 40 à 60 % des scories) par rapport aux mélanges dominés par le ciment Portland-.
• Niveaux d'ajout inférieurs nécessaires à ceux du NBEA en raison d'une concentration molaire plus élevée par kg (MW 89 contre 103 pour le NBEA)
• Les systèmes DMEA + scories montrent une lixiviation réduite du Pb, du Cd, du Zn et du Cu du sol contaminé par rapport à la stabilisation à la chaux-seulement
• Publié dans :Composites de ciment et de béton, Journal de production plus propre, Gestion des déchets

3 à 7 jours

Première phase de force

La formation d'ettringite à partir de gypse C₃A + activé assure un raidissement initial. Le taux de gain de résistance est de 60 à 80 % du ciment Portland à teneur égale en liant.

28 jours

Phase pouzzolanique

La formation de gel C-S-H suite à la dissolution des scories s'accélère considérablement. Avec DMEA + gypse, l'UCS à 28 jours atteint 85 à 100 % de la référence du ciment Portland à teneur égale en liant.

90 à 180 jours

Phase de gain continue

Contrairement au ciment Portland, les liants à base de laitier activé continuent de gagner en résistance au bout de 90 à 180 jours. L'UCS à long-terme (1-an) des scories activées par les alcanolamines dépasse souvent la référence du ciment Portland de 10 à 25 %.

1️⃣ Élévation du pH → précipitation des métaux

La solution alcaline des pores générée par l’hydratation des scories (pH 11-12,5) provoque la précipitation de la plupart des métaux lourds sous forme d’hydroxydes insolubles. Le plomb (Pb²⁺), le cadmium (Cd²⁺), le zinc (Zn²⁺), le nickel (Ni²⁺) et le cuivre (Cu²⁺) ont tous des minimums de solubilité compris entre 9 et 12. Une fois précipités, ces hydroxydes sont physiquement encapsulés dans la matrice de gel durcissant C-S-H, empêchant la re-dissolution même si le pH local baisse ultérieurement. L'alcanolamine contribue à la stabilité du pH en tamponnant la solution interstitielle contre la réduction du pH provoquée par la carbonatation-.

2️⃣ C-S-H gel sorption et incorporation structurale

Gel de silicate de calcium hydraté (C-S-H) - la phase de liaison primaire - a une grande surface (100–700 m²/g) et une structure cristalline en couches avec une capacité d'échange d'ions élevée. Les cations de métaux lourds (en particulier Pb²⁺, Cd²⁺ et Zn²⁺) sont incorporés dans la couche intermédiaire C-S-H en remplaçant Ca²⁺ dans le réseau cristallin. Cette incorporation structurelle est beaucoup plus durable que l'adsorption de surface. - les métaux incorporés dans C-S-H présentent une lixiviation minimale, même dans le cadre de tests TCLP (procédure de lixiviation caractéristique de toxicité) étendus ou de tests de lixiviation par lots EN 12457.

3️⃣ Chélation alcanolamine - couche de séquestration supplémentaire

Les groupes hydroxyle et amine de l'alcanolamine résiduelle dans la matrice stabilisée peuvent former des complexes de coordination avec les ions de métaux lourds, fournissant un mécanisme de séquestration supplémentaire au-delà de la précipitation induite par le pH-et de l'incorporation de C-S-H. Les données de recherche sur les sols stabilisés au DMEA-montrent que les concentrations de lixiviat de plomb dans les tests TCLP sont de 40 à 65 % inférieures à celles du ciment Portland-seules références à dosage de liant égal - une différence qui est attribuée en partie à cet effet de chélation opérant parallèlement aux autres voies d'immobilisation.

📋 Procédure de conception du mix

1. Caractériser le laitier d'acier : XRF pour f-CaO, MgO ; DRX pour la composition des phases ; La finesse de Blaine
2. Caractériser le sol : limites d'Atterberg, répartition granulométrique, teneur en matière organique, pH, profil de contamination (le cas échéant)
3. Concevoir des mélanges d'essai à 3 teneurs en liant × 3 doses d'alcanolamine × 2 niveaux de gypse=18 combinaisons de mélange minimum
4. Guérir à 20 degrés et 95 % RH ; tester l'UCS à 7, 28 et 90 jours
5. Si application S/S : effectuez également des tests de lixiviation TCLP ou EN 12457 sur des échantillons de 28 jours
6. Sélectionnez le mélange optimal en fonction des critères d'UCS, de lixiviat et de coût.

⚠️ Contraintes clés à vérifier

• f-CaO content: if >8 %, prétraiter-les scories avec un vieillissement à la vapeur ou limiter la teneur en scories pour éviter leur expansion
• Organic content of soil: if >5 %, la matière organique interfère avec les réactions cimentaires - ajouter de la chaux avant-étape de traitement
• Environnement sensible aux sulfates : si le sulfate des eaux souterraines est élevé, utilisez un mélange de scories résistant aux sulfates-pour éviter l'expansion liée à l'ettringite-
• Plafond de dosage d'alcanolamine : au-dessus de 3 % sur le poids du laitier, les gains de résistance se stabilisent et l'ouvrabilité diminue - ne pas surdoser-

−75%

CO₂ incorporé

vs ciment Portland à teneur égale en liant (scories=~50 kg CO₂/t ; PC=~800 kg CO₂/t)

0 kg

Matière première primaire

Les scories d'acier sont un déchet industriel. - leur utilisation comme liant remplace entièrement l'extraction de matières primaires.

EN 14227

Voie réglementaire

La norme européenne relative aux liants routiers hydrauliques accepte les matériaux à base de scories ; les réglementations-cadres nationales sur les déchets autorisent généralement le traitement S/S pour la réhabilitation des friches industrielles

🚜 Stabilisation in-situ (mélange en profondeur)

Pour l'amélioration des sols mous à l'aide d'un équipement de mélange en profondeur (outils de mélange à un-axe ou à plusieurs-axes), l'alcanolamine est pré-mélangée avec la boue de laitier dans l'usine de traitement par lots avant l'injection. Le rapport eau du lisier/liant est généralement de 0,6 à 0,8. L'alcanolamine améliore la fluidité et la maniabilité du lisier, réduisant la pression d'injection et améliorant la pénétration dans les couches d'argile molle. Diamètre minimum de la colonne : 500 mm ; profondeur d'installation typique : 5 à 20 m.

🔄 Stabilisation ex-situ (mélange pugmill)

Le sol excavé est mélangé avec une solution de scories sèches + d'alcanolamine (ou un activateur liquide pré-mélangé) dans un moulin à pug ou un mélangeur à carlin. L'enrobé activé est ensuite renvoyé à l'excavation ou placé dans une cellule de traitement désignée. Cette approche permet un contrôle de qualité plus précis de la conception du mélange et est préférée pour l'assainissement S/S de sols contaminés hétérogènes où la répartition des contaminants est irrégulière.

⏱️ Temps de travail et vie en pot

Les mélanges de scories activées par l'alcanolamine-ont un temps de travail (délai jusqu'au raidissement initial) de 2 à 6 heures à 20 degrés, contre 0,5 à 2 heures pour les mélanges dominés par le ciment Portland-. Ce temps de travail prolongé constitue un avantage opérationnel dans les travaux de stabilisation de grandes surfaces. À des températures supérieures à 30 degrés, le temps de travail est réduit à 1 à 3 heures - planifiez le lot et le placement en conséquence.

💧 Gestion de l'eau et de l'humidité

La réaction hydraulique des scories nécessite de l'eau - mais une humidité excessive dilue le liant et réduit sa résistance. L'humidité optimale du traitement est généralement la MOC (teneur en humidité optimale) + 0–3 %. Si l'humidité naturelle du sol dépasse cela, un pré-séchage ou l'ajout de chaux vive sèche (pour consommer de l'eau gratuite et augmenter la température) avant l'ajout de scories est recommandé. L'activateur alcanolamine est ajouté sous forme de solution aqueuse diluée (concentration de 5 à 15 %) pour faciliter une distribution uniforme pendant le mélange.

Q : L'utilisation des scories d'acier activées par l'alcanolamine-est-elle approuvée dans les projets d'assainissement réglementés ?

Dans la plupart des juridictions, la technologie S/S utilisant de nouvelles formulations de liants est autorisée à condition que le matériau traité réponde aux critères de performance requis (UCS, concentrations de lixiviat, durabilité) spécifiés dans la conception de l'assainissement. L'alcanolamine est un auxiliaire technologique à faible concentration - elle n'est pas le constituant principal du liant. L'acceptation réglementaire nécessite généralement : (1) une étude de traitabilité démontrant la conformité au TCLP ou au lixiviat équivalent ; (2) Démonstration UCS à 28 jours ; (3) la caractérisation des matériaux des scories, y compris la documentation de conformité REACH ; (4) dans certaines juridictions, classification des scories en tant que produit (et non déchet) en vertu de la réglementation-cadre sur les déchets applicable. Consultez votre organisme de réglementation environnemental régional et confirmez la classification des déchets/produits des scories d'acier au début du projet.

Q : L'alcanolamine elle-même s'échappe-t-elle du sol traité et présente-t-elle un risque pour l'environnement ?

À une dose typique (1 à 3 % sur le poids des scories, correspondant à 0,1 à 0,6 % sur le poids sec du sol), la concentration d'alcanolamine dans le lixiviat d'eau interstitielle est très faible -, généralement inférieure à 1 mg/L dans les tests de lixiviation par lots standard. Le NBEA et le DMEA sont tous deux facilement ou intrinsèquement biodégradables (le DMEA est facilement biodégradable selon la norme OCDE 301B), ce qui signifie que toute alcanolamine lessivée sera métabolisée par les micro-organismes du sol. L'évaluation environnementale des alcanolamines par Santé Canada (2013) et les données d'enregistrement REACH confirment l'absence de risque aquatique ou terrestre important à ces concentrations. L'alcanolamine devient également partiellement liée dans la structure du gel C-S-H au fil du temps, réduisant encore davantage sa mobilité.

Q : Cette technologie peut-elle traiter les sols contaminés par l'arsenic- ?

L'arsenic présente un défi d'immobilisation différent de celui de la plupart des métaux lourds. À pH élevé (supérieur à 10), l'arséniate (As(V)) forme des précipités d'arséniate de calcium insolubles - que favorise le liant alcalin des scories. Cependant, l’arsénite (As(III), la forme la plus mobile et la plus toxique) est moins efficacement immobilisé à pH élevé et peut nécessiter un traitement supplémentaire. Pour les sites contaminés par l'arsenic-, il est recommandé d'ajouter du sulfate ferreux (FeSO₄) au mélange - fer-la co-précipitation de l'arsenic- produit de l'arséniate de fer insoluble à n'importe quel pH. La combinaison de scories activées par l'alcanolamine- (pour la résistance mécanique et l'immobilisation d'autres métaux lourds) et de sulfate ferreux (pour le traitement spécifique à l'arsenic-) est une approche efficace à double mécanisme- documentée dans la littérature.

Q : Comment les scories activées par l'alcanolamine-se comportent-elles dans les zones sismiques ou les zones sujettes aux cycles de mouillage/séchage ?

Pour les applications sismiques, le critère clé est que le matériau stabilisé ne doit pas être fragile -, il doit se déformer sans rupture soudaine. Les liants de scories activés par l'alcanolamine-, lorsqu'ils sont durcis en UCS dans la plage de 500 à 800 kPa, présentent des taux de déformation-à-défaillance plus élevés que les sols stabilisés au ciment Portland-à un UCS équivalent, ce qui les rend adaptés à la stabilisation sismique des sols liquéfiables. Pour la durabilité au mouillage/séchage, les liants à base de laitier-fonctionnent généralement de manière comparable au ciment Portland - le gel C-S-H est stable en présence d'eau. La principale vulnérabilité est l'attaque des sulfates si la teneur en sulfate des eaux souterraines est élevée (supérieure à 1 500 mg/L SO₄²⁻). Des - mélanges de scories résistants aux sulfates- ou du ciment de laitier Portland (PSC) doivent être utilisés dans des environnements riches en sulfates-.

Q : Où puis-je me procurer des scories d’acier pour les utiliser dans des projets de stabilisation ?

Les scories d'acier sont disponibles directement auprès des aciéries intégrées (scories BOF, scories EAF) et des installations de production d'acier secondaire. Dans la plupart des pays, il est classé comme co-plutôt que comme déchet, ce qui signifie qu'il peut être vendu commercialement sans autorisation de gestion des déchets. Exigences clés des spécifications pour une utilisation géotechnique : Finesse Blaine supérieure ou égale à 280 m²/kg ; f-Teneur en CaO Inférieure ou égale à 8 % ; MgO Inférieur ou égal à 10 % ; perte au feu Inférieure ou égale à 3 %. Les sidérurgistes chinois, japonais et européens sont les plus grands fournisseurs de scories d'acier transformées et de qualité-certifiée pour les applications de construction. Sinolook Chemical fournit l'activateur d'alcanolamine (NBEA, DMEA) à utiliser avec les scories d'acier de n'importe quel fournisseur - contactez-nous pour connaître les protocoles de conception de mélange recommandés et les quantités d'échantillons pour votre étude de traitabilité.