垃圾飞灰抗冻融性能专利2

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互贯通,最终导致混凝土破坏。传统的提高混凝土抗冻性的方法主要有：严格控制水灰比、添加引气剂、掺入适量的优质矿物掺合料以及采用树脂浸渍混凝土四种，但这些方法都不可避免地提高了混凝土的生产成本，消耗了更多的自然资源。由于焚烧飞灰具有填充作用，其本身较细，且在水化后期其二次反应产物填充了水泥石的较大孔隙，使孔径细化，降低了冰点，从而可以改善混凝土的抗冻性能。 然而，通过对飞灰的资源化利用途径进行总结得出，飞灰中高含量的氯离子限制了飞灰资源化利用技术的广泛使用，尤其是作为辅助性胶凝材料时的影响较大，因此对飞灰进行预处理研究就显得越来越重要。水洗预处理技术是一种有效的飞灰稳定化技术，在水洗后飞灰中的Cl-的含量大大降低，使其在混凝土中的应用成为了可能。

本发明的目的在于提出一种合理利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，以便对垃圾焚烧飞灰进行资源化再利用，从而保护环境、提高建筑行业的社会及经济效益。

本发明提出了一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，以水泥、预处理水洗垃圾焚烧飞灰为胶凝材料，并配以外加剂（减水剂）按一定的配合比组成，其中各组分质量配比如下： 胶凝材料（总质量为100%） 水泥 80-90% 预处理焚烧飞灰 10-20%

粉煤灰 54g 减水剂 2.21%

外加剂、预处理焚烧飞灰的用量百分比按胶凝材料为基数计算。

本发明用垃圾焚烧飞灰代替部分水泥，并与粉煤灰以及外加剂等材料进行复合改性，提高了混凝土的抗冻性能，在保证其强度和重金属固化效果的条件下有效地提高了该混凝土的抗冻融性，真正做到了使生活垃圾焚烧飞灰资源利用最大化、环境健康风险最小化的目标，不仅为我国垃圾飞灰处置打开了一条新的出路，有效处理了废弃物，改善了城市环境，节约了土地资源，同时也将为能耗巨大的建筑行业提供一条绿色环保之路，有利于推动全国垃圾焚烧飞灰的管理向“零填埋”、“零风险”方向发展，具有巨大的社会与经济效益。

具体实施方式

本发明所用的垃圾焚烧飞灰原样取自上海浦东新区御桥生活垃圾焚烧厂，由焚烧炉收尘器收集而来，再由PEF 60×100颚式破碎机破碎至粒度5mm以下，投入Φ500mm×L500mm试验磨机粉磨20分钟后制得。经水洗预处理后的主要化学成分见表1，

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表1 垃圾焚烧灰水洗预处理前后的主要化学成分

化学组分

烧失量

水洗前 水洗后

22.0 18.4

CaO 23.2 39.1

SO3 12.0 4.3

SiO2 24.5 19.4

Al2O3 7.4 7.0

Fe2O3 4.0 2.3

Na2O 4.0 1.0

K2O 4.0 0.2

MgO 2.7 3.0

Cl- 10.0 0.47

预处理焚烧飞灰的围观形貌如图1所示，从形态特征上可概括为球形体（a，b）、不规则聚合体(c,d)、絮状体(e)以及棒状(f)。

图1.不同形状飞灰颗粒SEM图像

表2是本发明中所用的水洗预处理垃圾焚烧飞灰的颗粒粒径分布

表2 两种预处理飞灰的粒度分布

粒径/um

百分比（水洗飞灰）/%

3.674 10

5.800 25

11.65 50

29.22 75

54.16 90

从中可以看出粉磨后的飞灰颗粒微细，粒度分布均匀，颗粒粒径大部分集中在3-55um之间；水洗飞灰粒径在30um以下的颗粒占了75%。

表3为本发明所使用的水洗预处理垃圾焚烧飞灰的比表面积和80um的筛余量。

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表3 水洗预处理焚烧飞灰细度

水洗飞灰

比表/(m·Kg)

569

2

-1

80um筛余量/%

38.4

表4是垃圾焚烧飞灰水洗预处理前后以及使用的粉煤灰的重金属含量对比。

表4 水洗后焚烧飞灰、粉煤灰重金属含量 /(mg/kg)

水洗焚烧飞灰

粉煤灰

Zn 859 520

Pb 347 16

Cr 68 31

Cd 20 0.68

Cu 173 25

Ni 21 28

在利用水洗预处理焚烧飞灰提高混凝土抗冻性能时，应注意以下几个方面：一、应使混凝土的各项基本性能满足工程条件；二、确保焚烧飞灰中的有害重金属元素的浸出率符合国家标准。由于混凝土的主要水化产物为C-S-H凝胶，所以当使用水泥对垃圾焚烧飞灰进行固化时，焚烧飞灰中的一些重金属在水泥水化过程中，会同硅酸盐形成含钙的盐类或者取代Ca2+进入C-S-H凝胶中被禁锢，降低其在水相中的迁移率，使得重金属浸出毒性大大降低。为了观察水泥基材料对焚烧飞灰中的重金属元素的固化能力，将预处理垃圾焚烧飞灰分别按水泥质量10%、20%、30%、40%的掺比制成水泥净浆试块（记作Bx，x为掺量）养护28后破碎磨细，参照HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法 水平振荡法》提取重金属浸出液，利用ICP-AES分析浸出液中重金属Cr、Cd、Hg、As、Pb、Ni、Cu、Zn的浓度，将试块破碎磨细，参照HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法 水平振荡法》提取重金属浸出液测定重金属浓度（记作Bx-I100）水胶比为0.5，表5是水泥基材料在常温下以及冻融后对重金属离子的固化效果，

表5 常温下掺水洗预处理焚烧飞灰后水泥净浆重金属浸出浓度/(mg/L)

项目 单位 B10 B20 B30 B40 限值

#

Cr Cd Hg As

mg/L

Pb Ni Cu Zn

0.019 0.024 0.038 0.038 15

0.0006 0.0005 0.0003 0.0004 1

0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 -

0.005 0.009 0.008 0.009 5

0.029 <0.0003 0.031 <0.0003 0.047 <0.0003 0.073 <0.0003 5

5

0.036 0.020 0.019 0.015 100

0.186 0.155 0.144 0.102 100

#：参考GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》

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从上表可知，水泥基材料对焚烧飞灰中的重金属固化能力都十分优秀，符合国家相关的浸出规定，在水泥基材料中掺入一定量的焚烧飞灰安全可靠。

在掺入粉煤灰后，由于其填充效应以及与水泥水化过程中产生的Ca(OH)2发生火山灰反应，产生了更多的C-S-H凝胶并促使混凝土内部孔结构更加密实，从而进一步提高了混凝土对重金属元素的固化能力。

本发明提出的利用水洗预处理焚烧飞灰提高混凝土抗冻融能力的具体配合比见表6，掺加的焚烧飞灰的量以水泥的质量为基准。

表6掺预处理水洗焚烧飞灰抗冻融混凝土配合比

编号 D0 D5 D10 D15 每立方米混凝土用料量 /㎏

粉煤灰 54 54 54 54 水泥 326 309.7 293.4 277.1 焚烧飞灰

0 16.3 32.6 48.9 中砂 774 774 774 774 石 1026 1026 1026 1026 水 170 170 170 170 减水剂 2.21 2.21 2.21 2.21 其主要性能如表7、表8所述，

表7 抗冻融混凝土坍落度及坍落度保留值/mm

试样 坍落度 1h后坍落度

表8 抗冻混凝土抗压强度/MPa

抗压强度

编号

3d

D0 D5 D10 D15

23.1 23.9 24.7 23.0

7d 30.7 31.1 31.7 31.4

28d 38.6 36.1 41.8 37.3

90d 50.0 49.9 45.3 46.2

D0 210 85

D5 205 80

D10 195 70

D15 175 45

从以上数据可以看出，本发明所提出的抗冻混凝土具有良好的各项基本性能，并且能在一定程度上提高混凝土的早期强度。该混凝土的抗冻融实验按照GB/T 50082-2009中的“快冻法”进行测定，该标准规定试件达到破坏和终止试验的标准为：