專利名稱：利用焚燒飛灰作為摻合料配制生態混凝土的方法
技術領域：
本發明屬建筑材料技術領域，具體涉及一種利用焚燒飛灰作為摻合料配制生態混凝土的方法。
背景技術：
隨著城市建設的飛速發展，我國城市廢棄物的排放也急劇增加，已成為制約經濟發展的重要因素。如何經濟有效地治理這些垃圾，防止污染，這是一個跨世紀的環保熱點問題。廢棄物的有效處理或再生利用，不僅技術要求較高，且投資及處理費用亦大。城市廢棄物的處理方法有直接填埋、堆肥和焚燒等，我國大部分城市都采用直接填埋。隨著可用填埋場地的減少和填埋成本的提高，堆肥因市場原因受到大規模限制且堆肥質量不理想，垃圾焚燒法越來越受到重視。垃圾焚燒技術由于可以有效地破壞有機毒性物質，大大降低垃圾的體積，而且可以回收能源，將會成為我國垃圾資源化、無害化和減容化處理技術的重要研究和發展方向。
但是垃圾焚燒后總會產生一定數量的焚燒灰渣。根據垃圾組成和焚燒溫度，焚燒時間的不同，殘渣的量約占垃圾焚燒前總重量的5～30％。同時，焚燒也必然會濃集某些化學成分，如重金屬物質。垃圾焚燒產生的飛灰因其含有較高浸出濃度的鉛和鎘等重金屬而屬于重金屬危險廢物，在對其進行最終處置之前必須先經過固化/穩定化處理。目前我國城市垃圾的焚燒技術還處于摸索和經驗積累階段，焚燒爐的灰渣和煙氣除塵器的飛灰(統稱為焚燒灰渣)的處置還未得到足夠的重視，幾乎全部采取填埋或固化處理，有關焚燒灰渣的處置利用研究更是幾近空白。傳統的水泥固化技術在處理重金屬廢物時存在下列問題(1)需要使用大量水泥，致使廢物增容比較大，使固化的費用急劇增加而失去價廉的優勢，同時也給后續的運輸與處理帶來困難；(2)水泥固化基質體的高孔隙率和高滲透性；(3)固化體的強度非常低(28d的強度僅0.35-0.70MPa)，而一些重金屬(如Cu、Pb、Zn等)的加入會延緩水泥的凝結和硬化，固化體中的重金屬在環境介質的侵蝕下將面臨轉移到環境中的潛在危險，對環境可能造成二次污染，以及固化體難以再生利用等問題。因此如何安全有效地處置利用焚燒飛灰已成為急需解決的環境和社會問題。與此同時，我們注意到焚燒飛灰中的主要化學成分與目前常用的高爐礦渣、粉煤灰等混凝土摻合料非常接近，均屬CaO-SiO2-Al2O3(Fe2O3)體系，所以焚燒飛灰既有污染性，又有資源利用性。國內外對焚燒飛灰的處置著重于無害化處理，而對其所具有的資源性卻未能充分利用。國內外公開發表的文獻中對焚燒飛灰的研究大多是關于如何將其穩定固化后填埋。
為解決城市生活垃圾的污染問題，僅上海市目前就已建成兩大兩小四個生活垃圾焚燒廠，垃圾處理量達3000t/d。如果按焚燒1t垃圾由20％灰渣生成，則四廠每天會有600t的焚燒灰渣生成。如此大量的灰渣產生，若未對其進行適當的處理和利用而直接堆置和傾倒，不僅會浪費資源，更嚴重地將會污染環境，對人民的生產和生活造成很大危害。如何將焚燒灰渣安全而有效地處置利用，是當前人們關注的一個重點課題。
發明內容
本發明的目的在于提出一種以垃圾焚燒飛灰作為摻合料配制生態混凝土的方法，以便對焚燒飛灰進行資源化利用。
本發明提出的利用垃圾焚燒飛灰為摻合料配制生態混凝土的方法，以水泥、活性礦渣微粉和垃圾焚燒飛灰作為膠凝材料，并配以輔助材料沸石以及外加劑(硅酸鈉、減水劑)等，其中，各組份的質量配比如下膠凝材料(總量為100％)水泥 30-70％礦渣微粉 50-20％焚燒飛灰 20-10％，輔助材料和外加劑沸石 3-8％硅酸鈉0.5-2％減水劑0.5-1.5％輔助材料和外加劑的用料質量百分比按膠凝材料為基數計算。
本發明利用垃圾焚燒廠產生的焚燒飛灰取代部分水泥，并與其它摻合料、外加劑等進行復合改性，配制高性能混凝土，并確保其安全使用。將焚燒飛灰作為混凝土的摻合料再生利用，真正做到了變廢為寶，這一發明將環境廢棄物處置與材料科學的發展有機地溶為一體，是對焚燒飛灰等廢棄物處置利用的突破，具有顯著的社會效益和經濟效益。
具體實施例方式
所用焚燒飛灰取自上海浦東御橋垃圾焚燒廠煙氣除塵器，經烘干、粉磨，控制其比表面積約為360m2/Kg。焚燒飛灰的主要化學成分波動范圍見表1。
表1焚燒飛灰的主要化學成分波動范圍(％)
從表1中可以看出焚燒飛灰中的主要化學成分也是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，與目前常用的高爐礦渣、粉煤灰等混凝土摻合料非常接近。
但是焚燒飛灰中又含有較高濃度的重金屬等有害物質，其重金屬含量及浸出毒性見表2。
表2焚燒飛灰的浸出毒性金屬名稱 焚燒飛灰浸出液濃度(mg/l)焚燒飛灰中重金屬含量(mg/kg) 固體廢物浸出毒性鑒別標準(mg/l)Zn 54.0-59.0 3000-450050Pb 24.0-28.0 1200-18503.0Cu 5.5-10.5 380-680 50Cd 1.2-3.530.5-43.70.3Cr 1.5-4.3128.0-160.5 1.5從表2可以看出，焚燒飛灰浸出液中Zn、Pb、Cd、Cr的濃度均高于固體廢物浸出毒性鑒別標準(GB5085.3-1996)，也正是因為這一點使焚燒飛灰被普遍認為是一種危險廢物，因此在對其最終利用時必須對其中重金屬等有害物質進行特別處理。
下表是焚燒飛灰摻量為20％時對水泥漿體物理性能及力學性能的影響。從表中可以看出焚燒飛灰對水泥漿體物理性能影響較小，同時焚燒飛灰仍然具有一定的膠凝反應活性。
表3焚燒飛灰-水泥復合膠凝體系的物理及力學性能
為了克服普通水泥固化焚燒飛灰后強度低，有害物質浸出率高等缺陷，本實用新型技術提供一種新型安全利用焚燒飛灰配制生態混凝土的模式。在利用焚燒飛灰配制混凝土時，應注意兩個方面的問題，一是混凝土的各項性能；二是確保混凝土中有害物質的浸出符合國家標準。眾所周知，硅酸鹽水泥的主要水化產物C-S-H凝膠具有退化的粘土構造，具有較強的離子吸附和交換能力，尤其是Al取代部分Si后，吸附和交換能力以及固化體的力學性能隨C-S-H中Ca/Si比下降而提高，而C-S-H中Ca/Si與系統的酸度成反比。努力降低液相Ca(OH)2濃度、提高系統酸度可以提高水泥固化體滯留有害離子的能力。摻加活性礦渣微粉，由于其活性SiO2與水泥水化產生的Ca(OH)2反應，消耗了Ca(OH)2并形成C-S-H，提高了C-S-H吸附能力并改善了孔結構(新生C-S-H堵塞孔隙增加體系的致密度)。在混凝土中添加磨細沸石，一方面沸石具有強吸附性和離子交換吸附，從而可以容納和穩定有害重金屬，同時沸石還具有一定的膠凝活性，一舉兩得。另外通過降低水灰比、添加硅酸鈉作為活性激發劑等措施，提高混凝土的力學性能和耐久性，并保證焚燒飛灰中重金屬不易從混凝土中浸出，從而確保其安全使用。
生態混凝土配合比見表4。其中單位立方混凝土水泥用量為550kg，漿集比為35∶65。粗集料的最大粒徑不超過20mm，連續級配。
表4生態混凝土配合比
生態混凝土的主要技術性能見下表。
表5生態混凝土的主要技術性能流動性抗壓強度(MPa) 抗滲性坍落度(mm)28d 60d 90d (MPa)生態混凝土 17560.2 65.568.7 1.2從表中可以看出，生態混凝土具有良好的力學性能，同時具有優異的抗滲性，說明生態混凝土致密度很高，其優異的抗滲性也對其抵抗重金屬的浸出非常有利。混凝土其它耐久性能與普通混凝土基本一樣。重金屬浸出試驗按照《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》(GB5086.2-1997)進行，濾液用ICP進行分析，下表列出了28天齡期的生態混凝土中重金屬的浸出情況。
表6生態混凝土中重金屬的浸出(mg/l)Zn Pb Cu Cd Cr生態混凝土 0.0221 ND 0.0032 0.0051 ND固體廢物浸出毒性鑒別標準 50 3.0 50 0.31.5從表中可以看出，摻20％焚燒飛灰的混凝土重金屬浸出量很低，說明焚燒飛灰在混凝土中由于稀釋效應、膠凝材料對重金屬的物理包容以及化學結合等共同作用，使得重金屬在混凝土中得以穩定存在，其浸出遠遠低于固體廢物浸出毒性鑒別標準。因此焚燒飛灰作為混凝土摻合料使用是安全可靠的。
權利要求
1.一種利用垃圾焚燒飛灰作為摻合料配制生戊混凝土的方法，其特征在于以水泥、活性礦渣粉和垃圾焚燒飛灰作為膠凝材料，并配以輔助材料沸石及外加劑，其中，各組份折質量配比如下膠凝材料(總量為100％)水泥 30-70％礦渣微粉 50-20％焚燒飛灰 20-10％，輔助材料和外加劑沸石 3-8％硅酸鈉0.5-2％減水劑0.5-1.5％輔助材料和外加劑的用料質量百分比按膠凝材料為基數計算。
全文摘要
本發明為一種利用垃圾焚燒飛灰作為摻合料配制生態混凝土的方法。它由水泥、活性礦渣粉和焚燒飛灰作為膠凝材料，并配以輔助材料沸石和外加劑(硅酸鈉、減水劑)按一定配比組成。該混凝土具有良好的力學性能和優異的抗滲性能，而且對焚燒飛灰中的重金屬等有害物質予以有效吸附、容納和穩定，使其不易被浸出，符合安全使用標準。本發明將焚燒飛灰加以再生利用，變廢為寶，肯有顯著社會效益和經濟效益。
文檔編號C04B14/04GK1541968SQ20031010843
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月6日 優先權日2003年11月6日
發明者施惠生, 袁玲 申請人:同濟大學