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偏高岭土改性垃圾焚烧飞灰制备面层混凝土的研究

尤祥  
【摘要】:城市生活垃圾产生量的急剧上升导致城市处于被垃圾包围的风险中,城市垃圾焚烧后产生的城市垃圾焚烧飞灰(MSWIFA)中富集有害重金属,具有浸出毒性,对土壤、水等资源有污染危险,需要进行无害化处理。本文旨在将MSWIFA进行无害化和建材化处理,通过研究MSWIFA的基本特性,利用偏高岭土特殊的固化重金属和促进砂浆抗折强度的功能,研究出同时具备良好重金属固化效果和高抗折强度的新型水泥基材料体系,进而制备出固废高抗折面层混凝土。论文将有害固体废弃物无害化再生处理和传统建筑材料的改性有机结合在一起,最终实现绿色环保型高性能建筑结构材料的开发和应用。论文主要的研究工作和取得的成果如下:(1)以华南地区某城市垃圾焚烧发电厂生产的MSWIFA作为研究对象,研究分析MSWIFA的物化性能,同时展开MSWIFA重金属浸出试验,分析其对环境的污染特性。研究表明:MSWIFA一般呈深灰色,多为棉絮状、球状等不规则形状,粒径在0.1um~100um占90%以上,MSWIFA中主要成分为CaO、Al_2O_3和SiO_2等。MSWIFA浸出液中重金属Cr、Cd和Pb的浓度均高于国内危险废物鉴别标准,直接排放会造成环境的二次污染,排放前必须对之采取有效的无害化处置办法。(2)研究MSWIFA对水泥凝结硬化性能的影响,并对不同掺量的MSWIFA浆体的力学性能及重金属浸出性开展研究。研究表明:MSWIFA掺量在0~10%之间,5%的MSWIFA掺量胶砂试件抗压强度提高幅度较大,但MSWIFA掺量超过10%后,随着MSWIFA掺量的增加,其抗压强度不增反而有所下降,而其胶砂试件的抗折强度随着MSWIFA掺量的增加一直呈变小的趋势。水泥浆体的标准稠度用水量随着MSWIFA掺量的增加而呈增加的趋势,而其砂浆流动度随MSWIFA掺量的增加而减小,MSWIFA固化体的重金属浸出浓度随着MSWIFA掺量的增加而增大。(3)将偏高岭土和MSWIFA与矿粉、粉煤灰进行复合,研究不同复合体系的胶凝性能以及对MSWIFA中重金属的固化效果,优选兼具良好重金属固化功能、较高抗折强度的水泥基材料体系。研究表明:偏高岭土复合体系对掺MSWIFA水泥浆体性能具有改良效果,当采用5%MSWIFA+10%偏高岭土和5%MSWIFA+10%偏高岭土+20%矿粉两种不同配比时,两组胶砂试件28d抗折强度较空白样(单掺5%MSWIFA)分别提高了17.9%和21.3%,增幅效果显著;同时这两组固化体对重金属固化效果也很显著,其16周重金属浸出浓度与空白样相比,Cd浸出浓度分别降低23.6%和17.3%,Cr浸出浓度分别降低3.2%和2.0%,Pb浸出浓度分别降低了78.0%和58.5%,Zn浸出浓度分别降低了13.9%和12.3%。(4)采用所优选的偏高岭土改性MSWIFA高抗折水泥基材料体系,结合高性能混凝土的制备工艺,开展固废面层混凝土的配制试验。优选几组面层混凝土配合比,以面层混凝土重金属浸出性能、抗折强度等为主要评价指标,辅以研究面层混凝土的工作性能以及体积稳定性,掌握固废面层混凝土的制备技术。研究表明:采用5%MSWIFA+10%偏高岭土和5%MSWIFA+10%偏高岭土+20%矿粉两种不同配比时,两组混凝土56d的抗折强度分别达8.6MPa和7.8MPa,且两组混凝土破碎和表面重金属浸出浓度都远远低于固废浸出毒性鉴别标准,其混凝土体积稳定性和抗氯离子渗透效果都较好。因此,偏高岭土改性掺MSWIFA水泥基材料制备高抗折面层混凝土是安全可行的。


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