CN108863209B - 飞灰资源化理论模型计算合理利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种飞灰资源化理论模型计算合理利用方法，包括依次进行的下述步骤：A.无害化处理：收集飞灰原灰颗粒，使用PCSB固化剂将飞灰制成膏体料浆,固化后得到飞灰块体；B.晾干：将固化飞灰块体进行晾干至含水率为15%～20%；C.破碎：将固化飞灰块体粉碎至小于18目、粒径为0.9mm～0.075mm及以下范围内的固化飞灰粉体颗粒；D.掺入：收集固化飞灰粉体颗粒，将重量百分比为2%～10%的固化飞灰粉体颗粒掺入混凝土中。本发明的利用方法能够消纳数量巨大的飞灰，可彻底解决飞灰填埋场建设占地问题和环境问题；形成的单一系列建材产品，其工艺简单，性能优良，综合成本低于现行产品，既易于推广，又无环境风险，有十分显著的社会经济效益。

Description

飞灰资源化理论模型计算合理利用方法
技术领域
本发明涉及飞灰再利用领域，特别是指一种被国家定为危废物质的飞灰资源化理论模型计算的利用方法。
背景技术
飞灰是生活垃圾焚烧过程中产生的危废，飞灰中含有12种国家严控的重金属。目前大都对飞灰采取螯合稳定重金属，进行无害化处置后填埋的办法。这种办法每吨飞灰的处置费高达1500元左右，且在占地填埋飞灰过程中存在重金属污染地下水的环境风险。
如何将这种危废无害化后进行资源化利用并形成产品，其产品技术性能和使用性能均能满足“国标”要求。目前，利用水泥窑协同处置飞灰，将飞灰用来煅烧水泥是唯一被认可的成熟技术。但飞灰入水泥窑前，需对飞灰中的氯盐进行水洗，且达到氯含量不>0.04%入窑的国家标准要求，方可入水泥窑煅烧。这个技术存在成本高，成本是水泥产品价格的二倍之多，即每吨水泥销售价格大约在700～800元左右，且水泥产品的品质和稳定性也因此受到一定程度的影响，因此推广应用受到条件限制不能广泛。另外，水洗飞灰过程中还会产生废水，并有对环境造成二次污染的风险。
除此之外，其他对飞灰进行资源化利用的方式方法和技术，也因成本高，或工艺技术不成熟，推广应用技术难度大，并存在一定的对环境风险。
实施无害化飞灰块体资源化利用，需要解决无害化飞灰块体粉碎成粉体的工艺及设备选型；和经粉碎工艺得到的固化飞灰颗粒粉体，如何科学地掺入建筑材料产品，又不影响建筑材料的使用性能。彻底解决日益增多的飞灰消纳问题。若不是按每立方米混凝土级配颗粒中的空隙体积大小，掺入相应粒径的固化飞灰颗粒，固化飞灰的颗粒则不能进入混凝土空隙，那么固化飞灰颗粒会在混凝土中形成“软点”，破坏了混凝土的级配，则会大幅度降低混凝土的性能以及耐久性，变得有害无益，适得其反。
发明内容
本发明提供一种飞灰资源化理论模型计算合理利用方法，以克服飞灰资源化利用推广应用技术难度大、存在二次污染环境风险得等问题。
本发明采用如下技术方案：
飞灰资源化理论模型计算合理利用方法，包括依次进行的下述步骤：
A.无害化处理：收集飞灰原灰颗粒，使用PCSB固化剂将飞灰制成膏体料浆, 固化后龄期28d得到无害化处置的抗压强度大于20MPa,龄期270d抗压强度增加至30MPa的飞灰块体；固化块体的重金属浸出浓度亦随着龄期延长而降低,包裹重金属固化结构耐久隐定；PCSB固化剂为专利号为“ZL2011 1 0291183.3”公开的普适型岩土固化剂；
B.晾干：将固化飞灰块体进行晾干至含水率为15%～20%；
C.破碎：将固化飞灰块体粉碎至小于18目、粒径为0.9mmmm～0.075及以下范围内的固化飞灰粉体颗粒；
D.掺入：收集固化飞灰粉体颗粒，将重量百分比为2%～10%的固化飞灰粉体颗粒掺入混凝土中。
进一步改进地，步骤C的破碎工序中，飞灰块体首先通过颚式破碎机破碎得到10cm～30cm块体，再采用高湿物料粉碎机粉碎10cm～30cm块体得到小于18目、粒径为0.9mm～0.075mm及以下范围内的固化飞灰粉体颗粒。步骤D中，将重量百分比为2%～10%的固化飞灰粉体颗粒掺入混凝土中；优选将重量百分比为5%～8%的固化飞灰粉体颗粒替代混凝土级配中的5%～8%黄砂掺入混凝土中，或者，将重量百分比为5%的固化飞灰粉体颗粒替代混凝土中5%黄砂。
进一步改进地，步骤D中，使用（水泥+外加剂）或固化剂替代混混凝土级配中的水泥组份。
本发明的技术指导思想是：先将飞灰固化无害化处置，并达到GB/T16889-2008《飞灰无害化填埋》国家标准要求；再进行在建筑材料方面的资源化利用。实施无害化飞灰块体资源化利用，需要解决无害化飞灰块体粉碎成粉体的工艺及设备选型；和经粉碎工艺得到的固化飞灰颗粒粉体，如何科学地掺入建筑材料产品，又不影响建筑材料的使用性能。彻底解决日益增多的飞灰消纳问题。
试验研究表明：要获取固化飞灰颗粒粉体，无害化飞灰块体要有足够的强度和硬度，粉碎工艺才能顺利实施。即：
固化飞灰无害化处置的飞灰块体强度设计要求为20MPa。若固化飞灰块体强度小于20MPa，则工艺上不利于固化飞灰块体的粉碎。固化飞灰块体满足强度设计要求，方可将固化飞灰块体粉碎成粒径小于18目的固化飞灰颗粒，作为细集料备用。
固化飞灰颗粒能够作为细集料用于建筑材料方面，首先要建立：混凝土中存在空隙的理论模型。依据理论模型，本发明提出一种计算方法, 计算不同标号、不同用途的混凝土，每立方米体积中的空隙体积，将粉碎均匀的固化飞灰颗粒，按计算的结果掺入不同标号、不同用途的混凝土中。这些固化飞灰颗粒，通过干搅拌时进入混凝土的空隙中，湿搅拌时在水泥砂浆作用下将空隙封闭，待水泥砂浆固化后，固化飞灰颗粒将永久性地被封闭在混凝土的空隙中，并形成固化飞灰颗粒的二次包裹体。由于固化飞灰颗粒是填充混凝土空隙并被封闭在混凝土的空隙中，因此，对混凝土的强度及耐久性能无不良影响，甚至可以提高混凝土的强度。通过一系列实验表明：固化飞灰颗粒，按每立方米混凝土空隙体积大小掺入混凝土中，充填可以充填混凝土的空隙，对其性能有益无害。
若不是按每立方米混凝土级配颗粒中的空隙体积大小，掺入固化飞灰相应粒径的颗粒，固化飞灰的颗粒则不能进入混凝土空隙，那么固化飞灰颗粒会在混凝土中形成“软点”，破坏了混凝土的级配，则会大幅度降低混凝土的性能以及耐久性，变得有害无益，适得其反。
依据不同级配、不同标号、不同用途的混凝土形成的空隙体积大小，掺入一定数量相应粒径的固化飞灰颗粒，替代混凝土中部分的黄砂；替代道路基层稳定层部分细集料；可形成单一系列建材产品。比如：
1、飞灰砼的单一系列产品
①泵送砼，C30砼、C40砼、C50砼、C60砼；
②半干性砼，C20砼、C30砼、C40砼、、C60砼；
③道路砼，C20砼、C30砼、C40砼、C50砼。
2、道路基层
用于各种不同技术性能等级要求的道路基层稳定层；2～3MPa、3～4MPa、5～6MPa、7～8MPa等。
3、其他
将固化飞灰颗粒作为掺合料，应用于各种发泡砌块。
将固化飞灰颗粒像混凝土掺合料一样用于建筑材料，消纳的飞灰数量巨大，可彻底解决飞灰填埋场建设占地问题和环境问题。
而形成的单一系列建材产品，其工艺简单，性能优良，综合成本低于现行产品，既易于推广，又无环境风险，有十分显著的社会经济效益。
处置固化飞灰颗粒在混凝土中最佳掺量的理论计算方法。
1、建立混凝土结构理论模型
混凝土单位体积颗粒之间的空隙空间，及空隙中可掺入飞灰粒径等级、颗粒数及颗粒体积的结构理论模型,如说明书附图图1、图2所示：
图1表示，假设混凝土立方块体中有27个球体颗粒，球体颗粒直径为1000微米，堆积成规则紧密排列的立方体的中心剖面模型；
图2表示，立方体模型中一个球体颗粒的中心剖面模型；
根据此模型，计算每个球体颗粒的体积、颗粒间空隙的体积，以及可掺入到颗粒间空隙中的各级颗粒粒径、颗粒数和它们的体积。
2、混凝土集料级配各级颗粒体积、颗粒空隙体积及可掺入的各级颗粒粒径、颗粒数、颗粒体积计算,见表1及图2。
1) 计算方法
（1）计算颗粒 “① ” 粒径体积、颗粒空隙体积，可充填各级颗粒粒径体积计算方法：
﹤1﹥ 计算颗粒“① ”粒径为边长的立方体体积V1=D1 3 ------式（1）
D1为颗粒粒径(立方体边长)；
﹤2﹥ 计算颗粒“① ”粒径球体体积V2=4πR1 3/3 ---------式（2）
R1为颗粒粒半径(R1= D1/2)；
﹤3﹥ 计算颗粒“① ”的粒间空隙体积V3= V1- V2 --------式（3）
﹤4﹥ 颗粒“① ”颗粒间空隙体积中，可填入空隙的各级颗粒“②”、“③”、 “④”、“⑤”颗粒粒径和颗粒数是在理论模型中心剖面上，颗粒粒径按内切圆的方法求得。
（2）每立方米混凝土集料级配各级粒径体积、颗粒间空隙体积及可掺入的各级粒径体积计算步骤:
﹤1﹥ 按式(1)、式(2)、式(3)计算混凝土级配各粒径立方体体积； 各粒径球体体积；各粒径颗粒间的空隙体积；
﹤2﹥计算每立方米混凝土级配的各粒径占比立方体积；粒径占比球体体积；粒径占比颗粒间的空隙体积。
﹤3﹥计算每立方米混凝土级配的各粒级间空隙体积，可充填的各级粒径的颗粒数、颗粒体积。并根据飞灰粒级分布，确定掺入混凝土中飞灰的最佳掺量。
2) 计算结果：
表1,图2中，“1”表示立方体中球体粒径为1000微米的颗粒；“②”表示可掺入最大粒径的第1级颗粒，粒径414μm，颗粒数1粒，体积为3715 E+4μm3；“③”表示可掺入第2级颗粒，粒径108μm，有6×50=6粒，体积总和为3958 E+3μm3；“④”表示可掺入第3级颗粒，粒径44μm，有6×51=30粒，体积总和为1337 E+3 μm3；表示可掺入第4级颗粒，粒径18.2μm，有6×52=150粒，体积总和为4734E+2μm3，依此类推。即颗粒“1” 的空隙中可充填的第1级到第4级(“②”～“⑤”级)粒径的各级颗粒体积总和，占颗粒“1” 的空隙体积的8.98％。这说明，充填颗粒“1”空隙的第1级到第4级粒径的飞灰颗粒总体积最大掺量只能为8.98%。
Figure 58835DEST_PATH_IMAGE001
3、每立方米混凝土集料级配颗粒空隙体积及可掺入飞灰体积计算举例：以九日山混凝土搅拌站生产C30混凝土为资源化利用目标为例。
1）九日山混凝土集料级配，粒径占比，颗粒体积，孔隙空间
（1）九日山C30混凝土集料级配，粒径，粒径占比，颗粒体积，孔隙空间等计算结果，见表2、表2(续1)、表2(续2)。
①九日山C30混凝土集料级配碎石占比47.6％；砂、砂泥占比36.5％。
②根据九日山C30混凝土集料级配计算出的每立方米碎石、砂、砂泥的颗粒体积总和为4.4034E+17μm3。
③根据九日山C30混凝土集料级配计算出的每立方米碎石、砂、砂泥的颗粒间孔隙体积总和为4.006E+17μm3。
根据九日山C30混凝土集料级配计算出的每立方米碎石、砂、砂泥的颗粒间孔隙体积，并根据表2、表2(续1)、表2(续2)，图2的理论模型，计算每立方米混凝土可充填颗粒间孔隙空间的“②”,“③”, “④”颗粒粒径的颗粒数及颗粒体积总和为3.514E+16μm3，即可充填颗粒间孔隙体积只占总孔隙体积的8.89％。
上述结果，可作为确定飞灰颗粒，作为细集料掺入混凝土中，充填到混凝土孔隙中的固化飞灰颗粒最大掺量仅为8.89%，以此作为选择固化飞灰颗粒在混凝土中掺量的依据。
Figure 196555DEST_PATH_IMAGE002
Figure 924339DEST_PATH_IMAGE003
Figure 399708DEST_PATH_IMAGE004
2）九日山C30混凝土集料级配中5％砂、砂泥的粒径、占比、颗粒体积及孔隙体积。见表3
从表3可见，九日山C30砼集料级配，5％砂、砂泥的集料级配各级颗粒体积总和为2.6183E+16µm³。
Figure 605561DEST_PATH_IMAGE005
3）固化飞灰颗粒18目以下0.9～0.075mm的粉体，作为充填混凝土的集料级配，并计算粉体的体积。
（1）固化飞灰颗粒的粉体粒径分布，见表4。
Figure 597788DEST_PATH_IMAGE006
（2）固化飞灰颗粒18目以下的粉体作为充填混凝土的5%集料级配的颗粒粒径，粒径占比，掺入颗粒体积计算见表5。
Figure 496474DEST_PATH_IMAGE007
从表5可见，计算结果表明：C30混凝土的孔隙的体积为5%。若将固化飞灰颗粒18目以下的粉体，作为集料掺入混凝土，掺入量是混凝土总集料的5％，则计算得飞灰级配各级颗粒的总体积为2.618E+16µm³，相当于混凝土集料5％黄砂的体积（2.618E+16µm³），两者的体积相等。即可在不改变混凝土集料级配的条件下，以等体积无害化的固化飞灰颗粒掺入混凝土中替代部分黄砂，充填到混凝土的孔隙中，达到飞灰资源化利用的目的。
尽管不同等级、不同级配的混凝土可充填的单位颗粒体积空隙均为8.98%。但是，由于不同强度等级的混凝土级配的不同，可充填的颗粒粒径也是不同的。也就是说，只有掌握这种计算方法，才可以计算出可充填颗粒的粒径大小，以达到有效充填混凝土空隙最佳效果。否则，会产生充填混凝土的空隙不足，不能充分发挥充填混凝土空隙密实混凝土的效果。或充填颗粒进入不到混凝土空隙中，从而破坏混凝土级配关系，导致混凝土性能恶化，达不到飞灰资源化利用的目的。
固化飞灰块体粉碎工艺及资源化利用产品技术要求
1、固化飞灰块体粉碎设备选型及粉碎工艺要求
一般无害化处置的固化飞灰块体中含有25%～28%的水分，其块体塑性高、粘性大不能直接拿来粉碎，需将固化飞灰的块体水分晾干，晾干至固化飞灰块体含水率在15%～20%，且有一定硬度，才能进行粉碎。粉碎工艺分为两步：①将无害化的固化飞灰大块体，采用鄂式破碎机破碎至10cm～30cm左右的块体；②再采用一种带有特制“飞刀”及“刮板”装置的高湿物料粉碎机，进一步将鄂式破碎机破碎10cm～30cm左右的块体，粉碎至小于18目，粒径在0.9mm～0.075mm及以下范围的固化飞灰颗粒备用。
）固化飞灰块体的粉碎工艺
将含水率15%～20%的已固化的飞灰块体，先用鄂式破碎机破至10～30cm的块体，再将10～30cm的块体，投入高湿物料粉碎机，将其粉碎成0.9mm～0.075mm的粉状细集料备用。
其粉碎工艺的技术难度在于：固化飞灰块体含水率高达15%~20%，且有较好塑性和粘性，在粉碎机高速旋转的锤头作用下，极易将粉碎的固化飞灰颗粒甩在粉碎机的机壳壁上，并逐渐由薄变厚，粘结形成有一定厚度的固化飞灰颗粒结构层，使得粉碎机锤头被粘性的固化飞灰颗粒结构层抱死，造成“死机”。在这种情况下，不仅粉碎的固化飞灰块体细度不好，影响使用效果，而且处置粉碎机器的“死机”，费时费工，使得粉碎机的粉碎功效低下，导致工艺成本偏高。
）高湿物料粉碎机防止固化飞灰颗粒粘结形成结构层措施
（1）为了解决这个问题，在粉碎机的锤头上安装一定角度的飞刀，飞刀在高速旋转锤头的带动下，瞬间将较大的固化飞灰块体切碎成2～3cm的块体，使这种带飞刀的锤头能较好地粉碎2～3cm的小块体，实践表明，由于采取了上述锤头上安装飞刀装置的措施，粉碎出的固化飞灰细度颗粒均匀，效果较好。这是措施之一。
（2）另外，在粉碎机锤头轴的两端部位焊上一个刮板，刮板随锤头轴做360度旋转，将刚粘结在机壳壁上的有粘性固化飞灰细粉刮除，有效消除了粉碎机锤头，被形成的粘性的固化飞灰颗粒结构层抱死而死机现象，即在粘性固化飞灰细粉形成结构层之前，通过刮板装置随时将其清除，确保机器锤头正常工作，提高粉碎机工作效率。
高湿物料粉碎机粉碎固化飞灰块体，得到一定粒径颗粒及细度均匀的有一定级配的粉体，是保证固化飞灰颗粒有效充填混凝土制品空隙，而不降低混凝土性能的重要条件，使得经处置、固化、粉碎无害化的飞灰粉体，在各类不同混凝土或公路道路基层应用方面的资源化利用成为可能。
2、资源化利用砼产品技术要求
1)采用该技术砼制品的技术性能为（飞灰掺量5.0%～10.0%）：
抗压强度≥C20～C60。抗冻性能≥F50～F100。抗渗等级P8～P12。满足JGJ/55-2011《普通混凝土配合比设计规程》的相关要求。
2)采用该技术的砼制品重金属毒性检测达到《固体废物浸出毒性方法水平振荡法》（HJ557-2009）的要求。
3)其他资源化利用产品技术要求：混凝土墙体保温砌块的技术性能达到JGJ/T323-2014《自温混凝土复合砌块墙体应用设计规程》要求；公路道路基层的技术性能达到JTG/TF20-2015《公路路面基层施工技术细则》要求。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明的利用方法依据不同级配、不同标号、不同用途的混凝土形成的空隙体积大小，掺入一定数量相应粒径的固化飞灰颗粒，替代混凝土中部分的黄砂；替代道路基层稳定层部分细集料；可形成单一系列建材产品。 将固化飞灰颗粒像混凝土掺合料一样用于建筑材料，消纳的飞灰数量巨大，可彻底解决飞灰填埋场建设占地问题和环境问题。而形成的单一系列建材产品，其工艺简单，性能优良，综合成本低于现行产品，既易于推广，又无环境风险，有十分显著的社会经济效益。
说明书附图
图1为立方体堆积球体27个颗粒体积、颗粒间孔隙体积及可掺入颗粒粒径.、颗粒数、颗粒体积中心剖面图。
图2为单位粒径颗粒体积、颗粒间孔隙体积及可掺入各级颗粒粒径、颗粒数、颗粒体积中心剖面图。
具体实施方式
飞灰资源化理论模型计算合理利用方法，包括依次进行的下述步骤：
A.无害化处理：收集飞灰原灰颗粒，使用PCSB固化剂将飞灰制成膏体料浆,固化后得到无害化处置的的强度大于20MPa的飞灰块体；PCSB固化剂为专利号为“ZL2011 10291183.3”公开的普适型岩土固化剂；
B.晾干：将固化飞灰块体进行晾干至含水率为15%～20%；
C.破碎：将固化飞灰块体粉碎至小于18目、粒径为0.9mm～0.075mm及以下范围内的固化飞灰粉体颗粒；步骤C的破碎工序中，飞灰块体首先通过颚式破碎机破碎得到10cm～30cm块体，再采用高湿物料粉碎机粉碎10cm～30cm块体得到小于18目、粒径为0.9mm～0.075mm及以下范围内的固化飞灰粉体颗粒；
D.掺入：收集固化飞灰粉体颗粒，根据结构理论模型計算结果,将重量百分比为2%～10%的固化飞灰粉体颗粒掺入混凝土中；优选将重量百分比为5%～8%的固化飞灰粉体颗粒代替混凝土级配中的黄砂掺入混凝土中，或者，将重量百分比为5%的固化飞灰粉体颗粒替代混凝土中黄砂。混混凝土级配中可以使用水泥组份，也可使用固化剂替代混混凝土级配中的水泥组份。
实施方式一
将固化飞灰粉体细集料，粒径0.9mm～0.075mm及以下颗粒，掺入砼中，其理论依据是：混凝土的颗粒级配之间存在一定的空隙，一般商品砼都是连续的级配，不同标号的混凝土级配大都不同，空隙体积也不同。为了将粉碎的固化飞灰颗粒细集料，按一定数量科学地掺入混凝土中，首先要把每立方米混凝土中的空隙大小、分布进行量化。通过建立理论模型，分析每立方米混凝土空隙大小，量化空隙在混凝土中的占比。例如：C30混凝土每立方米存在大小不等空隙，选取5.0%～8.0%的飞灰原灰颗粒掺入混凝土中。
试验表明：掺入中值粒径40.0µm左右的飞灰原灰颗粒，能够顺利进入到砼的空隙中，充填空隙，待水泥+外加剂砂浆浆体固化后，将其永久封闭在空隙中。使得混凝土的密度增加，承载面积增加，宏观上表现出，掺入8%飞灰原灰颗粒较掺入5%飞灰原灰颗粒的混凝土有较高强度，这证明依据混凝土结构理论模型计算的可被用来充填的空隙为8.89%与实际试验结果相符。
相反，掺入8.0%的中值粒径150µm左右的固化飞灰颗粒的混凝土强度，低于掺入5.0%的中值粒径150µm左右的固化飞灰颗粒的混凝土强度。因为，掺入8.0%的中值粒径150µm左右的固化飞灰颗粒的粒径体积，大于可掺入C30混凝土中的5.0%的中值粒径150µm左右的固化飞灰颗粒的体积，导致固化飞灰颗粒无法完全充填进入混凝土的空隙中。这些不能进入混凝土的空隙的固化飞灰颗粒硬度较低，在混凝土中形成分布众多的软点，并破坏了混凝土的级配关系，导致掺入8.0%的固化飞灰颗粒的混凝土强度降低。
以C30砼为例。例如：C30混凝土的颗粒级配空隙最大为8.98%，分别在混凝土中掺入5%、8%的飞灰原灰和固化飞灰颗粒，它们的性能如下：
（1）剂型Ⅰ（水泥+外加剂Ⅰ）：（水泥+外加剂Ⅰ）掺量：飞灰原灰颗粒掺量=ZⅠ：10.63%:5%。所制得的砼的28d强度=47.1MPa。
（2）剂型Ⅰ（水泥+外加剂Ⅰ）：（水泥+外加剂Ⅰ）掺量：固化飞灰颗粒掺量=ZⅠ：12.0%:8%。所制得的砼的28d强度=39.4MPa。
（3）剂型Ⅱ（水泥+外加剂Ⅱ）：（水泥+外加剂Ⅱ）掺量：飞灰原灰颗粒掺量=ZⅡ：12.0%:5%。所制得的砼的28d强度=49.9MPa。
（4）剂型Ⅱ（水泥+外加剂Ⅱ）：（水泥+外加剂Ⅱ）掺量：固化飞灰颗粒掺量=ZⅡ：12.0%:8%。所制得的砼的28d强度=36MPa。
（5）水泥掺量：固化飞灰颗粒掺量=10.6%：0。所制得的砼的28d强度试件=33.90MPa。
剂型说明：固化飞灰的水泥是相同的，外加剂是不同的。外加剂Ⅰ是单一的外加剂，外加剂Ⅰ+水泥，命名剂型Ⅰ；外加剂Ⅱ是复合的外加剂，外加剂Ⅱ+水泥，命名剂型Ⅱ。掺有复合外加剂的水泥性能较掺有单一外加剂的水泥强度性能高一个等级。掺外加剂的目的就是提高水泥的性能，使水泥砂浆强度更高，能更好封闭混凝土空隙中的固化飞灰颗粒，并形成固化飞灰颗粒的二次包裹体。
从(2)、(4)可见，掺入混凝土中固化飞灰颗粒较掺入混凝土飞灰原灰的强度低。这与掺入8%的固化飞灰颗粒不能完全进入混凝土空隙，破坏了混凝土的级配有关。混凝土级配关系的破坏导致混凝土性能降低。
从(1)可见，掺入5%的固化飞灰颗粒能进入混凝土的空隙中，充填了混凝土中的空隙，提高了混凝土的密实度，增加了混凝土的承载面积，宏观上表现出较高的强度。
从(5)可见，水泥中不加外加剂， 掺入5%的固化飞灰颗粒到混凝土中，其强度低于水泥中加外加剂的混凝土强度，两者相比差了一个强度等级。即水泥中加外加剂固化飞灰可获取高一个等级强度的混凝土制品。
另外，还可以说明：掺入的固化飞灰颗粒进入混凝土的空隙，待水泥砂浆浆体固化后，将其永久性封闭在混凝土空隙中，且不会与混凝土中的毛细管道接触，即便将来水泥砼因故拆除，也不会对环境产生危害。
也就是说：掺有固化飞灰颗粒的混凝土再生利用时，采用破碎工艺分级，能破坏到固化飞灰颗粒在混凝土空隙中的“住所”也是较少的。即便处置的固化飞灰颗粒中有个别重金属残留超标，因固化飞灰颗粒掺入量仅为5%（120Kg），在重达每立方米2400Kg的混凝土中，将其稀释了20倍，极大地稀释了固化飞灰颗粒在混凝土中重金属的浓度，因此，混凝土中重金属也不会超过GB/T16889-2008填埋标准标，也不会对环境产生危害；同时又有混凝土中高强度水泥砂浆作用，将进入混凝土空隙中的固化飞灰颗粒封闭，形成二次包裹体。因此，有很好的稳定重金属性能的效果，试验研究表明：将掺有5%的无害化的固化飞灰颗粒，按上述解决问题的方法掺入混凝土，成型三组混凝土飞灰砼试件，每组三块试件，共计9块试件。在9块150*150立方体试件中，取30个样本分析重金属，其结果均为ND，即未检出。可见，其资源化的安全性，稳定性是非常高的。
实施方式二
将C30砼的连续级配拿掉一个级改为断间级配，以获取混凝土中的更多空隙，尽可能多的消纳无害化的固化飞灰颗粒，这样可以增加固化飞灰颗粒在混凝土中的掺量，而不降低砼的强度和耐久性能。例如：
剂型：水泥+外加剂Ⅰ掺量：固化飞灰颗粒掺量=ZⅠ：12%:10%。
所制得的砼的28d强度=44.1MPa～48.7MPa。
实施方式三
在公路道路基层中的应用。
1）公路道路下基层配合比：
水泥+外加剂Ⅰ：飞灰：石屑：碎石：水=3.0 %：10%：49%：30%：8.0%。所制得的砼的7d浸水强度≥4.5MPa。
水泥+外加剂Ⅱ：飞灰：石屑：碎石：水=3.0%：10%：49.0%：30%：8.0%。所制得的砼的7d浸水强度≥6.2MPa。
2）公路道路上基层配合比：
水泥+外加剂Ⅰ：飞灰：石屑：碎石：水=4.0%：10%：48.0%：30%：8.0%。所制得的砼的7d浸水强度≥5.5MPa。
水泥+外加剂Ⅱ：飞灰：石屑：碎石：水=4.0%：10%：48.0%：30%：8.0%。所制得的砼的7d浸水强度≥7.5MPa。
公路道路水泥稳定层下基层中，一般水泥掺量要求为3%，所制得的砼的7d浸水强度≥2.5MPa；公路道路水泥稳定层上基层中，一般水泥掺量要求为4%，所制得的砼的7d浸水强度≥3.5MPa。
可见水泥+飞灰+外加剂用于水泥稳定层，较单一水泥水泥稳定层，在相同条件下的道路基层强度高出较多。利用现有的水泥+外加剂的技术，提高水泥胶凝材料的强度等级，对飞灰的资源化利用稳定性、可靠性十分有益。
实施方式四
利用尾矿制作墙体材料的应用。
1)尾矿承重标砖的应用：
水泥+外加剂：石灰石白云石尾矿：水=10%：90%：9%，
所制得的砼的28d强度≥10.0MPa。
2)尾矿保温砌块的应用：
水泥+外加剂：石灰石白云石尾矿：水=10%：90%：9%，
所制得的砼的28d强度≥3.50MPa。
尾矿墙体材料的耐久性符合国家相关标准。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (6)

1.飞灰资源化理论模型计算合理利用方法，其特征在于，包括依次进行的下述步骤：
A.无害化处理：收集飞灰原灰颗粒，使用PCSB固化剂将飞灰制成膏体料浆,固化后龄期28d得到无害化处置的抗压强度大于20MPa,龄期270d抗压强度增加至30MPa的飞灰块体；固化块体的重金属浸出浓度亦随着龄期延长而降低,包裹重金属固化结构耐久隐定；
B.晾干：将固化飞灰块体进行晾干至含水率为15%～20%；
C.破碎：将固化飞灰块体粉碎至小于18目的固化飞灰粉体颗粒；
D.掺入：收集固化飞灰粉体颗粒；建立单位体积的混凝土中的颗粒空隙大小、分布计算方法理论模型；假设混凝土立方块体中有27个球体颗粒，球体颗粒直径为1000微米，堆积成规则紧密排列的立方体的中心剖面模型；
首先计算颗粒“①”粒径体积、颗粒空隙体积，可充填各级颗粒粒径体积计算方法，
计算颗粒“①”粒径为边长的立方体体积V1=D1 3 ------式（1），
D1为颗粒粒径；
计算颗粒“①”粒径球体体积V2=4πR1 3/3------------式（2），
R1为颗粒粒半径(R1= D1/2)；
计算颗粒“①”的粒间空隙体积V3= V1- V2 ------------------------式（3）；
颗粒“①”颗粒间空隙体积中，可填入空隙的各级颗粒“②”、“③”、“④”、“⑤”颗粒粒径和颗粒数是在理论模型中心剖面上，颗粒粒径按内切圆的方法求得；
每立方米混凝土集料级配各级粒径体积、颗粒间空隙体积及可掺入的各级粒径体积计算步骤:
按式(1)、式(2)、式(3)计算混凝土级配各粒径立方体体积，各粒径球体体积，各粒径颗粒间的空隙体积；计算每立方米混凝土级配的各粒径颗粒占比立方体积，各粒径颗粒占比球体体积，各粒径颗粒占比颗粒间的空隙体积；
计算每立方米混凝土级配的各粒级间空隙体积，可充填的各级粒径的颗粒数、颗粒体积；根据飞灰粒级分布，确定掺入混凝土中飞灰的最佳掺量。
2.如权利要求1所述的飞灰资源化理论模型计算合理利用方法，其特征在于：步骤C的破碎工序中，飞灰块体首先通过颚式破碎机破碎得到10cm～30cm块体，再采用高湿物料粉碎机粉碎10cm～30cm块体得到小于18目的固化飞灰粉体颗粒。
3.如权利要求1所述的飞灰资源化理论模型计算合理利用方法，其特征在于：步骤D中，将重量百分比为2%～10%的固化飞灰粉体颗粒掺入混凝土中。
4.如权利要求3所述的飞灰资源化理论模型计算合理利用方法，其特征在于：将重量百分比为2%～5%的固化飞灰粉体颗粒掺入含有黄砂组份的混凝土中。
5.如权利要求3所述的飞灰资源化理论模型计算合理利用方法，其特征在于：将重量百分比为5%～8%的固化飞灰粉体颗粒代替混凝土级配中的黄砂掺入混凝土中。
6.如权利要求1所述的飞灰资源化理论模型计算合理利用方法，其特征在于：步骤D中，使用胶凝材料水泥+外加剂替代混混凝土中的水泥组份，或者 ，使用固化剂替代混混凝土中的水泥组份。
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