FM127: Systemic metal ion levels in patients with modular neck total hip arthroplasties: a prospective cohort study

There is increasing evidence that modular neck stems are prone to corrosion-related complications. Recent studies showed elevated metal ions levels and occasional pseudotumor formation in patients with such implants. The purpose of this study was to compare systemic metal-ion levels in patients after primary THA with modular neck stems to those of patients after non-modular implants. To our knowledge, this is the first cohort study including a control group, THA without CoCr heads and dry-assembled neck-stem connections. Methods: 50 patients after THA at a minimum follow-up of 1 year have been selected for the study. Patients with multiple prosthesis or other implants have been deselected. All received a cementless SPS stem from Symbios (Ti6Al4V). 40 patients have the modular neck (CoCr) version and 10 a monobloc version. All bearings were either ceramic-ceramic or ceramic-polyethylene to minimize other sources of CoCr ion release. In the modular group, the neck was chosen pre-operatively based on a 3D planning, allowing for a dry assembly of the stem and neck on the back table before implantation. A plasma system coupled to mass spectrometry was used for a complete elementary quantification in blood and serum separately. Clinical outcome was measured using the Oxford Hip Score. Results : Complete data sets of 29 patients (24 in the modular neck-group (10male, mean age 63y, 35-84y) and 5 in the monobloc-group (3 male, 69 y, 51-83y) are available to date. Mean Co blood levels were .95 ug/L (.14-12.4) in the modular group vs .27 ug/L (.10-.73) in the monobloc group (p=.2). Respective values for Cr were significantly higher in the modular group (.99 g/L; range .75-1.21) compared to those in the monobloc group (.74 g/L ;.62-.86; p=.001). No significant difference was found when comparing serum levels. 5/24 patients had Co levels above 1 g/L (12/24 for Cr), which is by some considered as a relevant elevation. The maximum Co level was measured in an asymptomatic patient. The Oxford Hip Scores were similar in both groups. Conclusion: Cr levels were significantly elevated in the modular neck group compared to those in the monobloc group. 1/24 patients with a modular prosthesis exhibited Co levels, which are beyond the threshold accepted even for metal-on-metal bearing couples. These results have contributed to our decision to abandon the use of modular neck stems. Routine follow-up including annual measurements of systemic CoCr concentrations should be considered.

The Deleterious Chemical Effects of Concentrated Deicing Solutions on Portland Cement Concrete, Literature Review, TR-480, 2008

This research project investigated the effects of concentrated brines of magnesium chloride, calcium chloride, sodium chloride, and calcium magnesium acetate on portland cement concrete. Although known to be effective at deicing and anti-icing, the deleterious effects these chemicals may have on concrete have not been well documented. As a result of this research, it was determined that there is significant evidence that magnesium chloride and calcium chloride chemically interact with hardened portland cement paste in concrete resulting in expansive cracking, increased permeability, and a significant loss in compressive strength. Although the same effects were not seen with sodium chloride brines, it was shown that sodium chloride brines have the highest rate of ingress into hardened concrete. This latter fact is significant with respect to corrosion of embedded steel. The mechanism for attack of hardened cement paste varies with deicer chemical but in general, a chemical reaction between chlorides and cement hydration products results in the dissolution of the hardened cement paste and formation of oxychloride phases, which are expansive. The chemical attack of the hardened cement paste is significantly reduced if supplementary cementitious materials are included in the concrete mixture. Both coal fly ash and ground granulated blast furnace slag were found to be effective at mitigating the chemical attack caused by the deicers tested. In the tests performed, ground granulated blast furnace slag performed better as a mitigation strategy as compared to coal fly ash. Additionally, siloxane and silane sealants were effective at slowing the ingress of deicing chemicals into the concrete and thereby reducing the observed distress. In general, the siloxane sealant appeared to be more effective than the silane, but both were effective and should be considered as a maintenance strategy.

The Deleterious Chemical Effects of Concentrated Deicing Solutions on Portland Cement Concrete, Technical Appendices, TR-480, 2008

This research project investigated the effects of concentrated brines of magnesium chloride, calcium chloride, sodium chloride, and calcium magnesium acetate on portland cement concrete. Although known to be effective at deicing and anti-icing, the deleterious effects these chemicals may have on concrete have not been well documented. As a result of this research, it was determined that there is significant evidence that magnesium chloride and calcium chloride chemically interact with hardened portland cement paste in concrete resulting in expansive cracking, increased permeability, and a significant loss in compressive strength. Although the same effects were not seen with sodium chloride brines, it was shown that sodium chloride brines have the highest rate of ingress into hardened concrete. This latter fact is significant with respect to corrosion of embedded steel. The mechanism for attack of hardened cement paste varies with deicer chemical but in general, a chemical reaction between chlorides and cement hydration products results in the dissolution of the hardened cement paste and formation of oxychloride phases, which are expansive. The chemical attack of the hardened cement paste is significantly reduced if supplementary cementitious materials are included in the concrete mixture. Both coal fly ash and ground granulated blast furnace slag were found to be effective at mitigating the chemical attack caused by the deicers tested. In the tests performed, ground granulated blast furnace slag performed better as a mitigation strategy as compared to coal fly ash. Additionally, siloxane and silane sealants were effective at slowing the ingress of deicing chemicals into the concrete and thereby reducing the observed distress. In general, the siloxane sealant appeared to be more effective than the silane, but both were effective and should be considered as a maintenance strategy.

Maintenance and Design of Steel Abutment Piles in Iowa Bridges, TR-622, 2014

Soil consolidation and erosion caused by roadway runoff have exposed the upper portions of steel piles at the abutments of numerous bridges, leaving them susceptible to accelerated corrosion rates due to the abundance of moisture, oxygen, and chlorides at these locations. This problem is compounded by the relative inaccessibility of abutment piles for close-up inspection and repair. The objective of this study was to provide bridge owners with recommendations for effective methods of addressing corrosion of steel abutment piles in existing and future bridges A review of available literature on the performance and protection of steel piles exposed to a variety of environments was performed. Eight potential coating systems for use in protecting existing and/or new piles were selected and subjected to accelerated corrosion conditions in the laboratory. Two surface preparation methods were evaluated in the field and three coating systems were installed on three piles at an existing bridge where abutment piles had been exposed by erosion. In addition, a passive cathodic protection (CP) system using sacrificial zinc anodes was tested in the laboratory. Several trial flowable mortar mixes were evaluated for use in conjunction with the CP system. For existing abutment piles, application of a protective coating system is a promising method of mitigating corrosion. Based on its excellent performance in accelerated corrosion conditions in the laboratory on steel test specimens with SSPC-SP3, -SP6, and -SP10 surface preparations, glass flake polyester is recommended for use on existing piles. An alternative is epoxy over organic zinc rich primer. Surface preparation of existing piles should include abrasive blast cleaning to SSPC-SP6. Although additional field testing is needed, based on the results of the laboratory testing, a passive CP system could provide an effective means of protecting piles in existing bridges when combined with a pumped mortar used to fill voids between the abutment footing and soil. The addition of a corrosion inhibitor to the mortar appears to be beneficial. For new construction, shop application of thermally sprayed aluminum or glass flake polyester to the upper portion of the piles is recommended.

Field Evaluation of Elliptical Steel Dowel Performance, 2006

Joints are always a concern in the construction and long-term performance of concrete pavements. Research has shown that we need some type of positive load transfer across transverse joints. The same research has directed pavement designers to use round dowels spaced at regular intervals across the transverse joint to distribute the vehicle loads both longitudinally and transversely across the joint. The goal is to reduce bearing stresses on the dowels and the two pavement slab edges and erosion of the underlying surface, hence improved long-term joint and pavement structure performance. Road salts cause metal corrosion in doweled joints, excessive bearing stresses hollow dowel ends, and construction processes are associated with cracking pavement at the end of dowels. Dowels are also a cost factor in the pavement costs when joint spacing is reduced to control curling and warping distress in pavements. Designers desire to place adequate numbers of dowels spaced at the proper locations to handle the anticipated loads and bearing stresses for the design life of the pavement. This interim report is the second of three reports on the evaluation of elliptical steel dowels. This report consists of an update on the testing and performance of the various shapes and sizes of dowels. It also documents the results of the first series of performance surveys and draws interim conclusions about the performance of various bar shapes, sizes, spacings, and basket configurations. In addition to the study of elliptical steel dowel performance, fiber reinforced polymers (FRP) are also tested as elliptical dowel material (in contrast to steel) on a section of the highway construction north of the elliptical steel test sections.

Evaluation of Post-Tension Strengthened Steel Girder Bridge Using FRP Bars, 2003

Many state, county, and local agencies are faced with deteriorating bridge infrastructure composed of a large percentage of relatively short to medium span bridges. In many cases, these older structures are rolled or welded longitudinal steel stringers acting compositely with a reinforced concrete deck. Most of these bridges, although still in service, need some level of strengthening due to increases in legal live loads or loss of capacity due to deterioration. Although these bridges are overstressed in most instances, they do not warrant replacement; thus, structurally efficient but cost-effective means of strengthening needs to be employed. In the past, the use of bolted steel cover plates or angles was a common retrofit option for strengthening such bridges. However, the time and labor involved to attach such a strengthening system can sometimes be prohibitive. This project was funded through the Federal Highway Administration’s Innovative Bridge Research and Construction program. The goal is to retrofit an existing structurally deficient, three-span continuous steel stringer bridge using an innovative technique that involves the application of post-tensioning forces; the post-tensioning forces were applied using fiber reinforced polymer post-tensioning bars. When compared to other strengthening methods, the use of carbon fiber reinforced polymer composite materials is very appealing in that they are highly resistant to corrosion, have a low weight, and have a high tensile strength. Before the post-tensioning system was installed, a diagnostic load test was conducted on the subject bridge to establish a baseline behavior of the unstrengthened bridge. During the process of installing the post-tensioning hardware and stressing the system, both the bridge and the post-tensioning system were monitored. The installation of the hardware was followed by a follow-up diagnostic load test to assess the effectiveness of the post-tensioning strengthening system. Additional load tests were performed over a period of two years to identify any changes in the strengthening system with time. Laboratory testing of several typical carbon fiber reinforced polymer bar specimens was also conducted to more thoroughly understand their behavior. This report documents the design, installation, and field testing of the strengthening system and bridge.

Demonstration and Field Evaluation of Alternative Portland Cement Concrete Pavement Reinforcement Materials, Construction Report, HR-1069, 1998

The function of dowel bars is the transfer of a load across the transverse joint from one pavement slab to the adjoining slab. In the past, these transfer mechanisms have been made of steel. However, pavement damage such as loss of bonding, deterioration, hollowing, cracking and spalling start to occur when the dowels begin to corrode. A significant amount of research has been done to evaluate alternative types of materials for use in the reinforcement of concrete pavements. Initial findings have indicated that stainless steel and fiber composite materials possess properties, such as flexural strength and corrosion resistance, that are equivalent to the Department of Transportation specifications for standard steel, 1 1/2 inch diameter dowel bars. Several factors affect the load transfer of dowels; these include diameter, alignment, grouting, bonding, spacing, corrosion resistance, joint spacing, slab thickness and dowel embedment length. This research is directed at the analysis of load transfer based on material type and dowel spacing. Specifically, this research is directed at analyzing the load transfer characteristics of: (a) 8-inch verses 12-inch spacing, and (b) alternative dowel material compared to epoxy coated steel dowels, will also be analyzed. This report documents the installation of the test sections, placed in 1997. Dowel material type and location are identified. Construction observations and limitations with each dowel material are shown.

Mechanisms of garnet growth in eclogites of the Zermatt-Saas Fee unit, Western Alps

THESIS ABSTRACT Garnets are one of the key metamorphic minerals used to study peak metamorphic conditions or crystallization ages. Equilibrium is typically assumed between the garnet and the matrix. This thesis attempts to understand garnet growth in the Zermatt-Saas Fee (ZSF) eclogites, and discusses consequences for Sm/Nd and Lu/Hf dating and the equilibrium assumption. All studied garnets from the ZSF eclogites are strongly zoned in Mn, Fe, Mg, and Ca. Methods based on chemical zoning patterns and on 3D spatial statistics indicate different growth mechanisms depending on the sample studied. Garnets from the Pfulwe area are grown in a system where surface kinetics likely dominated over intergranular diffusion kinetics. Garnets fram two other localities, Nuarsax and Lago di Cignana, seem to have grown in a system where intergranular diffusion kinetics were dominating over surface kinetics, at least during initial growth. Garnets reveal strong prograde REE+Y zoning. They contain narrow central peaks for Lu + Yb + Tm ± Er and at least one additional small peak towards the rim. The REE Sm + Eu + Gd + Tb ± Dy are depleted in the cores but show one prominent peak close to the rim. It is shown that these patterns cam be explained using a transient matrix diffusion model where REE uptake is limited by diffusion in the matrix surrounding the porphyroblast. The secondary peaks in the garnet profiles are interpreted to reflect thermally activated diffusion due to a temperature increase during prograde metamorphism. The model predicts anomalously low 176Lu/177Hf and 147Sm/144Nd ratios in garnets where growth rates are fast compared to diffusion of the REE, which decreases garnet isochron precisions. The sharp Lu zoning was further used to constrain maximum Lu volume diffusion rates in garnet. The modeled minimum pre-exponential diffusion coefficient which fits the measured central peak is in the order of Do = 5.7* 106 m2/s, taking an activation energy of 270 kJ/mol. The latter was chosen in agreement with experimentally determined values. This can be used to estimate a minimum closure temperature of around 630°C for the ZSF zone. Zoning of REE was combined with published Lu/Hf and Sm/Nd age information to redefine the prograde crystallization interval for Lago di Cignana UHP eclogites. Modeling revealed that a prograde growth interval in the order of 25 m.y. is needed to produce the measured spread in ages. RÉSUMÉ Le grenat est un minéral métamorphique clé pour déterminer les conditions du pic de métamorphisme ainsi que l'âge de cristallisation. L'équilibre entre le grenat et la matrice est requis. Cette étude a pour but de comprendre la croissance du grenat dans les éclogites de la zone de Zermatt-Saas Fee (ZSF) et d'examiner quelques conséquences sur les datations Sm/Nd et Lu/Hf. Tous les grenats des éclogites de ZSF étudiés sont fortement zonés en Mn, Fe, Mg et partiellement en Ca. Les différentes méthodes basées sur le modèle de zonation chimique ainsi que sur les statistiques de répartition spatiale en 3D indiquent un mécanisme de croissance différent en fonction de la localité d'échantillonnage. Les grenats provenant de la zone de Pfulwe ont probablement crû dans un système principalement dominé par la cinétique de surface au détriment de 1a cinétique de diffusion intergranulaire. Les grenats provenant de deux autres localités, Nuarsax et Lago di Cignana, semblent avoir cristallisé dans un système dominé par la diffusion intergranulaire, au moins durant les premiers stades de croissance. Les grenats montrent une forte zonation prograde en Terres Rares (REE) ainsi qu'en Y. Les profils présentent au coeur un pic étroit en Lu + Yb+ Tm ± Er et au moins un petit pic supplémentaire vers le bord. Les coeurs des grenats sont appauvris en Sm + Eu + Gd + Tb ± Dy, mais les bords sont marqués par un pic important de ces REE. Ces profils s'expliquent par un modèle de diffusion matricielle dans lequel l'apport en REE est limité par la diffusion dans la matrice environnant les porphyroblastes. Les pics secondaires en bordure de grain reflètent la diffusion activée par l'augmentation de la température lors du métamorphisme prograde. Ce modèle prédit des rapports 176Lu/177Hf et 147Sm/144Nd anormalement bas lorsque les taux de croissance sont plus rapides que la diffusion des REE, ce qui diminue la précision des isochrones impliquant le grenat. La zonation nette en Lu a permis de contraindre le maximum de diffusion volumique par une approche numérique. Le coefficient de diffusion minimum modélisé en adéquation avec les pics mesurés est de l'ordre de Do = 5.7*10-6 m2/s, en prenant une énergie d'activation ~270 kJ/mol déterminée expérimentalement. Ainsi, la température de clôture minimale est estimée aux alentours de 630°C pour la zone ZSF. Des nouvelles données de zonation de REE sont combinées aux âges obtenus avec les rapports Lu/Hf et Sm/Nd qui redéfissent l'intervalle de cristallisation prograde pour les éclogites UHP de Lago di Cignana. La modélisation permet d'attribuer au minimum un intervalle de croissance prograde de 25 Ma afin d'obtenir les âges préalablement mesurés. RESUME GRAND PUBLIC L'un des principaux buts du pétrologue .métamorphique est d'extraire des roches les informations sur l'évolution temporelle, thermique et barométrique qu'elles ont subi au cours de la formation d'une chaîne de montagne. Le grenat est l'un des minéraux clés dans une grande variété de roches métamorphiques. Il a fait l'objet de nombreuses études dans des terrains d'origines variées ou lors d'études expérimentales afin de comprendre ses domaines de stabilité, ses réactions et sa coexistence avec d'autres minéraux. Cela fait du grenat l'un des minéraux les plus attractifs pour la datation des roches. Cependant, lorsqu'on l'utilise pour la datation et/ou pour la géothermobarométrie, on suppose toujours que le grenat croît en équilibre avec les phases coexistantes de la matrice. Pourtant, la croissance d'un minéral est en général liée au processus de déséquilibre. Cette étude a pour but de comprendre comment croît le grenat dans les éclogites de Zermatt - Saas Fee et donc d'évaluer le degré de déséquilibre. Il s'agit aussi d'expliquer les différences d'âges obtenues grâce aux grenats dans les différentes localités de l'unité de Zermatt-Saas Fee. La principale question posée lors de l'étude des mécanismes de croissance du grenat est: Parmi les processus en jeu lors de la croissance du grenat (dissolution des anciens minéraux, transport des éléments vers le nouveau grenat, précipitation d'une nouvelle couche en surface du minéral), lequel est le plus lent et ainsi détermine le degré de déséquilibre? En effet, les grenats d'une des localités (Pfulwe) indiquent que le phénomène d'adhérence en surface est le plus lent, contrairement aux grenats des autres localités (Lago di Cignana, Nuarsax) dans lesquels ce sont les processus de transport qui sont les plus lents. Cela montre que les processus dominants sont variables, même dans des roches similaires de la même unité tectonique. Ceci implique que les processus doivent être déterminés individuellement pour chaque roche afin d'évaluer le degré de déséquilibre du grenat dans la roche. Tous les grenats analysés présentent au coeur une forte concentration de Terres Rares: Lu + Yb + Tm ± Er qui décroît vers le bord du grain. Inversement, les Terres Rares Sm + Eu + Gd + Tb ± Dy sont appauvries au coeur et se concentrent en bordure du grain. La modélisation révèle que ces profils sont-dus à des cinétiques lentes de transport des Terres Rares. De plus, les modèles prédisent des concentrations basses en éléments radiogéniques pères dans certaines roches, ce qui influence fortement sur la précision des âges obtenus par la méthode d'isochrone. Ceci signifie que les roches les plus adaptées pour les datations ne doivent contenir ni beaucoup de grenat ni de très gros cristaux, car dans ce cas, la compétition des éléments entre les cristaux limite à de faibles concentrations la quantité d'éléments pères dans chaque cristal.

Sulfaattiselluloosatehtaan rikki- ja natriumtase sekä kemikaalikierron malli

Tämän diplomityön kirjallisessa osassa on tarkasteltu sulfaattiselluloosatehtaan ympäristöpäästöjen vähentämiseen liittyvää ongelmallisuutta sekä luomaan pääpiirteittäinen kuvaus sulfaattiselluloosatehtaan kemikaalikierrosta lähinnä rikki- ja natriumyhdisteiden kiertoja huomioiden. Pääasiassa kemikaalisäästöjen ja ympäristösyiden vuoksi tehtävää kemikaalikierron sulkemista seuraa rikki- ja natriumtaseisiin sekä kemikaalikierron vierasaineisiin liittyviä ongelmia, kuten prosessilaitteistojen likaantumista, korroosiota ja hajukaasuyhdisteiden muodostumista. Diplomityön mallinnusosassa on luotu Metsä-Botnian Rauman sellutehtaan kemikaalikierron malli pohjautuen tehtaan virtauskaavioihin sekä muuhun tehtaalta saatuun prosessi-informaatioon. BALAS-simulointiohjelmiston avulla luotuja mallikaavioita on käytetty hyväksi tehtaan kokonais- rikki- ja natriumtaseiden laskennassa. Varsinainen simulointi on jätetty projektin aikataulullisten syiden vuoksi jatkoprojektin piiriin.

Paperitehdasintegraatin tuorevesien käsittely kloorikaasun korvaavalla menetelmällä

Työn tarkoitus on löytää paperitehdasintegraatin tuorevesien käsittelyyn kloorikaasun korvaava desinfiointimenetelmä Stora Enso Publication Papers Oy Ltd.:n Anjalan tehtailla. Tehtaalla on ympäristöluvassaan velvoite selvittää mahdollisuudet tuoreveden desinfiointiin käytettävän kaasumaisen kloorin korvaamiseen hypokloriitilla. Kloorikaasun käyttö tehtaalla on työturvallisuusriski, ja jäännösklooripitoisuuksien hallittavuus kloorikaasua käytettäessä on heikko. Työssä tutkittava vesijae on kemiallisesti puhdistettu vesi. Koeajossa käytettävät kemikaalit ovat 10 % natriumhypokloriitti (NaOCl) ja kantaja-aine eli bromikloori- di-metyyli-hydantoiini (BCDMH). Tuloksista voidaan päätellä, että NaOCl:lla ja NaOCl:lla yhdessä BCDMH:n kanssa saavutetaan veden käyttökohteessa korkeammat aktiivisen kloorin jäännöspitoisuudet kuin kloorikaasulla. NaOCl:n ja kaksikomponenttisysteemin käyttökustannukset ovat kuitenkin yli kuusinkertaiset kloorikaasuun verrattuna. NaOCl annosteltuna yhteen pisteeseen olisi vaivattomin menetelmä kloorikaasun korvaamiseen. NaOCl:n annostelulla kahteen pisteeseen voitaisiin saavuttaa korkeampia jäännöspitoisuuksia kuin yhden pisteen annostelulla, mutta menetelmä vaatii lisätutkimuksia. Kaksikomponenttisysteemillä saavutetaan korkeimmat aktiivisen kloorin jäännöspitoisuudet, mutta sen seurantamenetelmien luotettavuudesta tulee varmistua ennen menetelmän käyttöönottoa. Korroosion ehkäisyn ja työturvallisuuden kannalta sekä NaOCl että NaOCl yhdessä BCDMH:n kanssa ovat turvallisempia vaihtoehtoja kuin kaasukloori.

Combustibility of Paper Mill Rejects

Tämän työn tarkoituksena oli selvittää mekaanisen massan valmistuksen käsittävän paperitehtaan rejektija jätevirtojen poltettavuutta, jos paperitehtaan vesikiertojen sulkemisastetta lisätään. Jotta prosessin tilannetta sulkemisen jälkeen saatiin arvioitua, Anjalan paperitehtaan nykypäivän PK3:n prosessia tutkittiin kuorimolta jätevesilaitokselle. Kirjallisuusosassa käsiteltiin rejekti- ja jätevirtojen alkuperää mekaanista massaa käyttävässä paperitehtaassa. Myös tämän päivän jätevedenkäsittelyprosessit sekä sulkemisessa mahdolliset prosessiveden puhdistustekniikat esiteltiin lyhyesti. Lisäksikäytiin läpi nykypäivänä metsäteollisuudessa käytössä olevat polttotekniikat sekä polttoaineiden karakterisointi kattilan käytettävyyden ja päästöjen kannalta. Anjalan PK3:lla käytetään sekä peroksidi- että ditioniittivalkaistua tai pelkästään ditioniittivalkaistua hioketta riippuen tuotannossa olevasta lajista. PK3-prosessissa syntyneet jätevesi-, liete- ja muut jätevirrat selvitettiin molemmissa valkaisuolosuhteissa. Prosessin eniten liuennutta orgaanista ainesta sisältävät jätevesijakeet, 3-hiomon kuumankierron ja kirkassuodoksen ulosajot sekä kuoripuristimen suodos, valittiin puhdistettaviksi virroiksi prosessin sulkemista arvioitaessa. Kun peroksidivalkaisua käytettiin 3-hiomolla, TOC-kuorma jokeen oli 30 % suurempi kuin pelkällä ditioniittivalkaisulla. Jos prosessin sulkemisastetta lisättäisiin, TOC-kuorma olisi 30 %pienempi kuin tänäpäivänä peroksidivalkaisua käytettäessä (80 % puhdistustehokkuudella). Prosessin sulkemisastetta lisättäessä biolietettä muodostuisi n. 30 % vähemmän verrattuna nykytilanteeseen, sillä mikrobien ravintona käyttämää orgaanista ainesta päätyisi vähemmän jäteveteen. 3-hiomon peroksidivalkaisun vaikutus kattilan käytettävyyteen ja päästöihin oli pieni, sillä biolietteen osuus polttoaineen syötöstä oli vain 4 %. Vain osa biolietteestä muodostui 3-hiomolta peräisin olevaa orgaanista ainesta poistettaessa. Jos nykyisen pääpolttoaineen, PDF:n,osuuden jättää huomioimatta, SO2- ja NOx-päästöt sekä leijupedin sintrautuvuus ovat hiukan suuremmat käytettäessä peroksidivalkaisua 3-hiomolla kuin pelkästään ditioniittivalkaisulla. Jos kuoripuristimen ja hiomon suodosten puhdistuksen konsentraatit johdetaan poltettaviksi BFB-tyyppiseen kattilaan, leijupedin sintrautuminen tulisi olemaan suurin ongelma. Myös raskasmetalli-, SO2- ja NOx-päästöt lisääntyisivät merkittävästi verrattuna nykyiseen tilanteeseen. Sen sijaan kattilan korroosioriski tuskin lisääntyisi. Lisäksi konsentraattien kosteuspitoisuus olisi korkea, mikä tekisi poltosta kannattamatonta veden haihdutuksen vaatiessa paljon energiaa. Yksityiskohtaisempaa tutkimusta tarvitaan vielä prosessin sulkemisen vaikutuksista päästöihin ja kattilan käytettävyyteen. Myös muita konsentraattien hävittämismahdollisuuksia tulisi tutkia lisää.

Höyrykattiloiden säilöntä

Tässä työssäon tarkasteltu yleisesti höyrykattiloiden säilöntää. Erilaisten säilöntämenetelmien perustietojen lisäksi työssä on pyritty selvittämään eri kattilatyypeille ominaiset säilöntätavat. Märkäsäilönnän jälkeistä käyttöönottoa on pohdittu selvittämällä laskennallisesti, onko tarpeen vaihtaa kattilaan vahvasti kemikaloidun säilöntäliuoksen tilalle puhtaampaa syöttövettä. Esimerkkinä on käytetty Voikkaan paperitehtaan höyryvoimalaitoksen kattila K13:ta. Työtä tehdessä on käytetty apuna aihetta käsittelevää kirjallisuutta, jota on saatu höyrykattiloita säilöviltä voimalaitoksilta, kemikaalitoimittajilta sekä asiantuntijoiden tekemistä luentomonisteista. Lieriökattiloiden höyrypuoli säilötään lähes poikkeuksetta märkänä, sillä se on vaikea tyhjentää täysin kosteudesta. Läpivirtauskattilalaitoksella käytetään usein sekä kuiva- että märkäsäilöntää. Savukaasupuolen korroosio ehkäistään useinmiten pitämällä kattila niin lämpimänä, että kastepistealituksia ei tapahdu.

Mangaaniseosteisen duplex-teräksen hitsattavuus

Diplomityön tavoitteena oli selvittää mangaaniseosteisen LDX2101 duplex-teräksen ja LDX2101 hitsauslisäaineiden hitsausparametrit puikkohitsaus-, MAG-täytelankahitsaus- ja plasmahitsausprosessilla. Toisena tavoitteena oli selvittää lämmöntuonnin vaikutuksia hit-sausliitosten mekaanisiin ominaisuuksiin, iskusitkeyteen (-40 °C) ja ferriitti- / austeniittipitoi-suuksien jakaantumiseen. Tutkittavat hitsit olivat päittäishitsejä ja koelevyjen aineenpaksuus oli 6 mm. Koetulosten perusteella tehtiin hitsausohjeet kyseisille hitsausprosesseille. Työn kirjallisessa osassa on selvitetty yleisesti duplex-terästen käyttökohteita, mekaanisia ja kemiallisia ominaisuuksia sekä duplex-terästen korroosio-ominaisuuksia. Lisäksi on käsitelty eri hitsausprosesseja ja duplex-terästen hitsattavuutta, jossa selvitetään mm. terästen jähmet-tymistä, erkaumia ja faaseja, lämmöntuonnin vaikutuksia ja hitsausliitosten korroosionkestä-vyyttä. Teoriaosassa on kerrottu myös hitsausliitosten tarkastuksesta ja hitsiluokista. Työn kokeellisessa osassa esitellään kokeiden suoritus sekä ainetta rikkova ja ainetta rikko-maton tarkastus. Liitoksille suoritettava koestusohjelma noudatti pääosin menetelmäkoestan-dardin SFS-EN 15614-1 ohjetta. Hitseille tehtiin ainetta rikkomaton tarkastus, joka käsittää silmämääräisen tarkastuksen, pintatarkastuksen ja röntgentarkastuksen. Rikkovaa aineen-koetusta tehtiin sisältäen kovuusmittaukset, vetokokeet, taivutuskokeet jaiskusitkeyskokeet. Lisäksi valmistettiin metallografiset hieet, joita tutkimalla selvitettiin hitsausliitoksen metal-lurgiaa ja määriteltiin ferriitti- ja austeniittipitoisuudet. Kokeiden perusteella on laadittu hit-sausohjeet kullekin hitsausprosessille. Lisäksi kokeellisessa osassa on esitelty tulokset syö-pymäkokeesta, jossa selvitettiin eri materiaalien syöpymiskestävyyttä valkolipeäliuoksessa. Tutkimustuloksien perusteella LDX2102 duplex-materiaali onhyvin hitsattavaa laajalla hit-sausparametrialueella. Mekaaniset ominaisuudet, kuten lujuus- ja iskusitkeysarvot täyttävät materiaalistandardin SFS-EN10028-7 niille asettamat vaatimukset. Taivutussitkeys ja murto-venymät jäivät kuitenkin osalla koekappaleista vaatimustasoa alhaisemmiksi. Austeniitti- ja ferriittipitoisuudet vastaavat materiaalistandardin vaatimuksia.

Plasmapolttoprosessin kehittäminen ja optimointi

Ydinvoimaloidenprimaarivesikierron puhdistukseen käytetään ioninvaihtohartsia. Käytönjälkeen ioninvaihtohartsi luokitellaan matalaja keskiaktiivisiin jätteisiin. Plasmakäsittelyllä käytetyn ioninvaihtohartsin tilavuutta voidaan pienentää sekä sen orgaaninen luonne poistaa. Plasmakäsittelyn tarkoituksena on hapettaa orgaaninen aines oksideiksi, jotka poistuvat prosessista savukaasuina. Epäorgaaninen aines, joka sisältää radioaktiivisen aineksen, on tarkoitus hapettaa oksideiksi ja sulfideiksi, jotka voidaan kerätä talteen tuhkana. Tässä diplomityössä käsitellään käytetyn ioninvaihtohartsin käsittelyyn suunnitellun plasmapolttoprosessin kehittämistä ja optimointia. Ioninvaihtohartsin plasmakäsittelyssä syntyvien reaktiotuotteiden selvittäminen suoritettiin tarkastelemalla ainetaseita sekä aihetta käsitteleviä tutkimuksia. Näiden perusteella parannettiin jäähdytystä, suunniteltiin jatkuvatoiminen syöttömenetelmä sekä laadittiin toimintaalueen reunaehdot laitteistolle. Koelaitteistossa 6,5 kW:n rfteho syötetään sovitinpiirin ja kuparisen induktiokelan kautta plasmaan. Plasmakaasuna on käytetty hapenja argonin seoskaasua. Plasmapolttoa on seurattu massaspektrometrilla, optisella emissiospektrometrilla, lämpösekä painemittareilla. Laskennan ja kokeiden pohjalta selvitettiin optimaalinen seossuhde plasmakaasulle, paineen ja tehon noston vaikutus hartsin polttonopeuteen sekä jatkuvatoimisen syöttömenetelmän edut panostoimiseen syöttöön. Rfgeneraattorin teho rajoitti jatkuvatoimisen polttonopeuden 130 g/h ja hetkellisen polttonopeuden 175 g/h. Radioaktiivisten aineiden pidätys oli 93,5 % cesiumin osalta. Tulosten perusteella 4 kg/h ioninvaihtohartsia polttavan laitteiston tehon lähteeksi tarvitaan 65 kW rfgeneraattori. Palamattoman hartsin ja tuhkan kulkeutuminen partikkelisuodattimille sekä reaktiotuotteena syntyvien rikinoksidien käsittely vaatii vielä jatkotutkimusta.