CN106892604A - 一种以垃圾焚烧炉渣作内养护剂配制混凝土的方法 - Google Patents

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Abstract

一种垃圾焚烧炉渣基混凝土内养护剂及混凝土的配制方法，将垃圾焚烧炉渣破碎、饱水后制得混凝土内养护剂，将制得的内养护剂部分或全部取代细骨料，在保证和易性和基准混凝土相当的基础上制备出垃圾焚烧炉渣基细集料内养护混凝土。该混凝土内养护剂的制备工艺简单、使用方便、生产成本低，内养护剂的掺量大、可分散性好，内养护效果突出；制备的混凝土工作性能和力学性能优异，混凝土的早期收缩变形大大降低，减缩效果明显，从而提高混凝土的耐久性能，获得显著的综合效益。

Description

一种以垃圾焚烧炉渣作内养护剂配制混凝土的方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土的配制方法，特别是一种采用垃圾焚烧炉渣作混凝土内养护剂配制混凝土的方法。
背景技术
城市生活垃圾的大量堆积占用土地资源，造成严重的环境污染。利用城市生活垃圾燃烧发电是减量化处理的主要手段，垃圾的焚烧产生20%飞灰和80%炉渣。飞灰因含有高浓度的 Pb，Cd，Hg，Zn，Cu 等重金属以及二噁英、呋喃等高毒性有机污染物，在中国被定为严格管控的危险废物而严禁使用。炉渣重金属含量很低，几乎不含高毒性有机污染物，如何实现其资源化利用成为国内外研究的热点。
将垃圾焚烧炉渣用作土木工程材料的原料是实现其资源化利用的重要途径之一。近年来，国内外学者主要对混凝土矿物掺合料和混凝土骨料等建材资源化应用方面进行了广泛的研究。目前的研究表明，垃圾焚烧灰渣与水泥基材料的兼容性较差。具体体现在垃圾焚烧灰渣颗粒疏松多孔，颗粒松软，作混凝土骨料使用时，不仅需水性很大，而且无法为混凝土骨架提供足够的结构支撑；活性较差，作混凝土矿物掺合料使用等量替代水泥时，混凝土强度大幅下降。多孔吸水材料用于混凝土材料中最有效的方式就是用作混凝土的内养护剂。因此，将垃圾焚烧炉渣开发为新型混凝土内养护剂，既能减少环境污染，又能实现高价值的利用，具有重要研究和应用价值。
混凝土的内养护是指在混凝土中加入吸水材料，从而在混凝土内部形成微型蓄水库，当混凝土内部相对湿度下降时能缓慢向四周释放水分，补充其内部水分消耗，维持混凝土内部湿度从而减缓自干燥效应，解决高性能混凝土的低水灰比造成早期收缩开裂的问题。另外，在实际工程中，普通混凝土的养护龄期一般较短，在混凝土停止人工养护后内养护剂依然可以较长时间为水泥的进一步水化提供水分，为混凝土后期强度的增长提供了保障。目前混凝土内养护材料主要是高吸水性树脂（SAP），但其分散性较差,吸水-释水性能极易受混凝土外部溶液影响，在混凝土拌合过程中内养护材料与水泥发生竞争性吸水，影响新拌混凝土的工作性能。而且由于其在碱性溶液中相容性差，混凝土拌合物易出现泌水现象，导致工作性能和强度劣化。
在混凝土中掺加多孔结构的轻集料或陶粒，也可以达到当混凝土内部湿度下降时补充其内部水分消耗的目的，已经引起了国内外学者的广泛关注并开展了大量的研究。但这类材料吸水能力较低，掺量较低时达不到内养护的效果，掺量过高则会使混凝土的工作性能变差（多孔吸水）、强度明显下降（颗粒硬度低）等；而且这类材料粒径相对较大，在有限的掺量下其内养护的有效区域较小，致使混凝土断面干湿分布极为不均。
垃圾焚烧炉渣具有孔隙率高、吸水性大的特点，非常符合混凝土多孔集料类内养护剂的特性。垃圾焚烧炉渣为高温煅烧的熔融物，虽然由于密实程度较低其颗粒硬度略低于天然砂石骨料，但比陶粒等轻质集料的硬度大得多，将其用于混凝土中不会引起混凝土强度的显著降低，是较为理想的内养护材料。如果能够消除这类材料的其它问题，则可实现垃圾焚烧炉渣的资源化利用并能获得具有优异内养护性能的高性能混凝土，利用价值将大大提升。
发明内容
本发明的目的是要提供一种以垃圾焚烧炉渣作内养护剂配制混凝土的方法，解决了焚烧垃圾炉渣资源化利用问题，并配制出具有内养护效果的高性能混凝土。
本发明实现发明目的的基本思路：混凝土的骨架主要靠骨料来搭建，在混凝土受力时粗骨料起到的骨架支撑作用最大，细骨料填充在粗骨料的间隙中，虽然也起着一定的骨架作用，但更多是起着传力的作用，因此混凝土对粗骨料颗粒硬度的要求显著大于细骨料。垃圾焚烧炉渣的粒径一般在5-15mm范围，需要将其破碎为细骨料使用，以消除其颗粒硬度对混凝土强度的影响。同时将破碎后的垃圾焚烧炉渣预饱水，以消除其多孔吸水对混凝土工作性的影响，同时预饱水吸入的额外水在硬化混凝土中的缓慢释放可以起到内养护的效果。
本发明提出的一种以垃圾焚烧炉渣作内养护剂配制混凝土的方法，制备过程如下：
步骤1，破碎：将垃圾焚烧炉渣破碎成小于2.36mm连续级配的初始细集料。
步骤2，预饱水过程：将初始细集料在水中浸泡24h以上，待细集料充分饱水后将水滤出，得到饱水细集料。浸泡时间没有设定的上限，以生产的经济性和生产效率合理为限。
步骤3，配制混凝土：按照《普通混凝土配合比设计规程》配制混凝土，混凝土配合比中细集料天然砂占混凝土总体积的25%-33%，将步骤2中制得的饱水细集料等体积部分或全部取代混凝土配合比中的天然砂，即：配制的混凝土中，饱水细集料与天然砂的体积比≥20%。
所述的垃圾焚烧炉渣为城市生活垃圾焚烧发电后，从炉床尾端排出经净化、分选处理后的残余废渣。
本发明方法配制的混凝土，与现有混凝土相比，具有如下有益效果：
（1）其内养护剂的掺量大，对混凝土强度影响小
垃圾焚烧炉渣为高温煅烧的熔融物，虽然由于密实程度较低其颗粒硬度略低于天然砂石骨料，但比陶粒等轻质集料的硬度大得多。将其用于C60以下混凝土中其全部取代细骨料，以及将其用于高强混凝土中其等量取代不超过30%细骨料，均不会引起混凝土强度的降低，是较为理想的内养护材料。
（2）其内养护剂有较好的吸水能力、内养护效果好
以焚烧垃圾炉渣制备的细集料的吸水率高达30%以上，明显高于普通轻集料，能够为混凝土内部的水泥水化提供持续的供水环境。储水释水性能好，能够提高混凝土内部湿含量，减少混凝土的早期收缩，7d减缩率为不低于70%,14d减缩率可以达到56%。
与普通轻集料的部分替代天然集料相比，预饱水的焚烧垃圾炉渣细集料的掺量，可实现细骨料全替代；即使是部分取代，在相同取代率的条件下，焚烧垃圾炉渣细集料颗粒较细（小于2.36mm），在混凝土内的分布更均匀，内养护的区域更大，效果更佳。
（3）其内养护剂分散性好
以焚烧垃圾炉渣制备的细集料全部替代天然砂，与高吸水性树脂相比，预饱水的焚烧垃圾炉渣细集料易于在混凝土内部分布均匀，内养护效果更好。
（4）制备工艺简单、配制方法简单易行
垃圾焚烧炉渣经破碎、饱水后即可制得混凝土内养护细骨料；以内养护细集料部分或全部取代天然砂，在配合比其他拌制材料不变基础上，调整单方用水量，保证新拌混凝土和易性和基准混凝土即可。操作简单方便，有利于工业化生产和推广应用。
（5）成本低廉、综合效益显著
垃圾焚烧炉渣为为城市生活垃圾焚烧发电残余的废渣，成本非常低廉。同时随着焚烧处理在城市生活垃圾处理方式中所占比重的增加，待处理的垃圾焚烧炉渣产量将大大提高。如能按本发明的技术加以应用，既能解决垃圾焚烧炉渣所带来的环境污染问题，还可实现其资源化利用，必将带来显著的经济效益、环境效益和社会效益。
具体实施方式
实施例：
将垃圾焚烧炉渣破碎至粒径至2.36mm筛筛余不大于5%，在清水中预饱水30h，之后将水过滤掉，得到预饱水的垃圾焚烧炉渣基混凝土内养护细集料。
按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011），垃圾焚烧炉渣内养护细集料等体积取代原混凝土配合比（见表1）中的天然砂，调整配合比中的用水量，在其他拌制材料保持不变并保证和易性和基准混凝土相当的基础上，制备出垃圾焚烧炉渣基细集料内养护混凝土。
混凝土配合比见表1，混凝土抗压强度测试参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》成型尺寸为100mm*100mm*100mm的混凝土试件；混凝土收缩变形测试参照GB／T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》成型尺寸为100mm*100mm*515mm的混凝土试件，标准养护（(20±2)℃，RH≥95%）3d后，移入干缩室(不密封)，在(60±5) RH，(20±2)℃条件下，测试混凝土的7d、28d抗压强度以及混凝土的收缩变形。
垃圾焚烧炉渣基混凝土内养护剂的内养护效果见表2。从表2中可以看出，垃圾焚烧炉渣制备的细集料配制的C30混凝土与基准混凝土在力学性能相当，但混凝土的干燥收缩明显降低。
垃圾焚烧炉渣制备的细集料配制的C60混凝土的早期力学性能与基准混凝土差异不大，后期强度略低；混凝土的干燥收缩明显大大降低，分别降低了71.4%和59.8%。
表1 混凝土配合比
水泥 粉煤灰 矿渣 砂 内养护细集料 石 水
C30-1 240 98 675 1240 165
C30-2 240 98 730 1240 67
C60-1 420 95 40 590 1050 165
C60-2 420 95 40 635 1050 75
表2 内养护效果比较
本发明方法中，混凝土混合比不受现行的行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011 的配合比限制，其核心是用垃圾焚烧炉渣等体积、部分或全部替代天然砂。

Claims (2)

1.一种以垃圾焚烧炉渣作内养护剂配制混凝土的方法，制备过程如下：
步骤1，破碎：将垃圾焚烧炉渣破碎成小于2.36mm连续级配的初始细集料；
步骤2，预饱水过程：将初始细集料在水中浸泡24h以上，待细集料充分饱水后将水滤出，得到饱水细集料；
步骤3，配制混凝土：混凝土配合比中细集料天然砂占混凝土总体积的25%-33%，将步骤2中制得的饱水细集料等体积部分或全部取代混凝土配合比中的天然砂，即：饱水细集料与天然砂的体积比≥20%。
2.根据权利要求1所述的以垃圾焚烧炉渣作内养护剂配制混凝土的方法，其特征是：所述垃圾焚烧炉渣为城市生活垃圾焚烧后，从炉床尾端排出经净化、分选处理后的残余废渣。
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