CN110950620A - 一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土及方法，原料由垃圾焚烧炉渣、生石灰、水泥、石英砂、铝粉膏、石膏和水组成，各原料所占质量百分数为：水泥5‑10%，生石灰20‑30%，石英砂0‑65%，垃圾焚烧炉渣0‑65%，石膏3%，其中：水泥、生石灰、石英砂、垃圾焚烧炉渣及石膏总质量百分比为100%；铝粉膏为外掺，占水泥、生石灰、石英砂、垃圾焚烧炉渣及石膏总质量体系的0.14%，水料比根据加气混凝土状态调整，水占垃圾焚烧炉渣、生石灰、水泥、石英砂、铝粉膏和石膏总质量的55%‑60%。本发明的制备方法具有环保、简单易行、价格优廉等特点，具有较高的推广价值。

Description

一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土及其方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土及其方法。

背景技术

近年来随着我国城市的日益发展和人类生活水平的不断提高，由此产生了越来越多的城市生活垃圾，如何对城市生活垃圾进行处理是现在急需解决的问题之一。垃圾焚烧发电不仅可以对城市生活垃圾进行资源化处理，而且焚烧之后的垃圾体积大量减少。因此现在各大城市主要采用垃圾焚烧技术来对城市生活垃圾进行处理。但这不可避免的会产生大量垃圾焚烧炉渣，而如何对垃圾焚烧炉渣进行资源化利用，是当下较为前沿的研究方向。

垃圾焚烧炉渣从成分上看，其含有大量的硅质材料，将其用于建筑材料具有很大的可行性。结合当前城市化发展所需求的保温隔热墙体材料日益增多，如何利用垃圾焚烧炉渣来替代传统的保温隔热墙体材料生产原料，实现成本的降低和废弃物资源化利用的双赢局面。

本发明将垃圾焚烧炉渣作为加气混凝土中硅质原料的替代材料，以系统的成型方式及养护方式制备加气混凝土，并对制品的重金属浸出安全性进行分析测定。为垃圾焚烧炉渣在无害化、资源化利用提供一种新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土及其方法，丰富垃圾焚烧炉渣的资源化利用方式，提出了利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土的加工和养护方法，复合绿色环保节能建筑要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土，原料由垃圾焚烧炉渣、生石灰、水泥、石英砂、铝粉膏、石膏和水组成，各原料所占质量百分数为：水泥5-10%，生石灰20-30%，石英砂0-65%，垃圾焚烧炉渣0-65%，石膏3%，其中：水泥、生石灰、石英砂、垃圾焚烧炉渣及石膏总质量百分比为100%；铝粉膏为外掺，占水泥、生石灰、石英砂、垃圾焚烧炉渣及石膏总质量体系的0.14%，水料比根据加气混凝土状态调整，水占垃圾焚烧炉渣、生石灰、水泥、石英砂、铝粉膏和石膏总质量的55%-60%。

本发明中，所述垃圾焚烧炉渣取自垃圾焚烧发电厂，测定其SiO₂含量不宜低于50%。

本发明中，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的一种，相关要求满足GB/T175《通用硅酸盐水泥》。

本发明中，所述铝粉膏为发气材料，其固体含量为80%，其中的活性铝含量不宜低于85%。

本发明中，所述石膏为磷石膏、脱硫石膏、氟石膏、天然的硬石膏或天然的二水石膏中任一种。

本发明中，所述水为普通混凝土拌合用水，石英砂及生石灰均为市售。

本发明提出的一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土的方法，具体步骤如下:

（１）将垃圾焚烧炉渣经晾晒，粉磨预处理，粉磨时间为20min-40min，垃圾焚烧炉渣球磨所得颗粒0.045mm方孔筛筛余量宜低于40%，比表面积宜高于200 m²/Kg；

（２）将各原材料按质量百分比称取完成后备用；

（３）将水泥、石膏、步骤（１）得到的垃圾焚烧炉渣加入搅拌机中，进行原料的混合均化2~3min，得到混合粉料；同时将按质量百分比称取好的铝粉膏和水在45℃的温水条件下，进行超声分散2~3min，然后将其加入到搅拌机中和水泥、石膏及步骤（１）得到的垃圾焚烧炉渣组成的混合粉料均匀搅拌5min，得到料浆；

（４）成型，将步骤（３）得到的搅拌均匀的料浆倒入模具中，料浆的高度大约控制在模具高度的68-72%，快速将模具放入45℃的养护室中静停发气养护4~6h后，切割制品至所需规格尺寸；

（５）将切割完成的制品放入到蒸压釜中进行蒸压养护处理，养护的温度为185℃~195℃，压力为1.0~1.4MPa，调节加热速率，使整个的升温时间为2h，此时应注意升温前需要排除蒸压釜中的空气，以达到温度对应的压力；恒温恒压6-10h后，降温2h至室温，开釜取出制品即为本发明所述的垃圾焚烧炉渣加气混凝土砌块；

（６）对制备完成后的加气混凝土砌块进行外观质量、表观密度、力学性能、热工性能、重金属浸出安全性检测。

其原理可简述为：水泥水化产生氢氧化钙与大量的热，对垃圾焚烧炉渣有激发作用，在氢氧键的作用下，炉渣颗粒表面的硅氧键及铝氧键发生断裂，形成游离的不饱和活性键，与氢氧化钙生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝产物；石膏可以与水化铝酸钙迅速反应，生成单硫型水化硫铝酸钙，可以加快加气混凝土的硬化，但因体系中水泥较少，碱度较低，此时硬化强度较低，因此还需在蒸压条件下进行养护。在高温高压养护下，炉渣与石英砂中的二氧化硅与氧化钙会反应生成具有更高强度的托贝莫来石，最后整个体系中有未水化的各类颗粒、钙矾石、单碱水化物CSH（Ⅰ）、C-S-H凝胶、氢氧化钙以及托贝莫来石等，形成具有一定强度的加气混凝土。垃圾焚烧炉渣的粒度减小有利于水热反应的进行且微集料效应较好，即有利于强度的提升，但粒度过小又会加大能耗，且导致生产的托贝莫来石结晶度降低，导致制品强度的强度。蒸压加气混凝土中含有大量闭合的微小气孔，由于空气的导热系数要比孔壁材料低很多，这样就在制品内部形成了类似保温瓶的保温层，从而使得制品整体的导热系数大大降低；蒸压加气混凝土的孔壁材料是无机非硅酸盐材料，在高温的条件下，不会产生燃烧和变形，也不会和有机的保温板一样在高温条件下产生有害气体，具有优良的性能。

与其他技术相比，本发明具有的优点是：

本发明将杂质多，容易造成二次污染并且工程强度低的垃圾焚烧炉渣应用到蒸压加气混凝土中，扩大了炉渣的工程应用范围。本方法是利用炉渣中的硅质原料，和部分石英砂、水泥形成具有较低钙硅比的体系，在蒸压条件养护下形成具有强度的混凝土。蒸压加气混凝土可以很好的固结炉渣内部自由重金属离子，降低炉渣中残存危险物对土壤环境的威胁。因此本发明的制备方法具有环保、简单易行、价格优廉等特点，具有较高的推广价值。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1中，一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土的方法，其原料按照质量百分比包括：普通硅酸盐水泥10%，生石灰25%，石英砂0%，垃圾焚烧炉渣62%，石膏3%，铝粉占水泥、生石灰、石英砂、垃圾焚烧炉渣及石膏总质量的0.14%，水料比0.58，水占垃圾焚烧炉渣、生石灰、水泥、石英砂、铝粉膏和石膏总质量的58%；

所述垃圾焚烧炉渣取自长沙某垃圾焚烧发电厂，通过粉磨30min后测定其比表面积为305 m²/Kg，0.045筛余量为18.8%，粒度分布如表1所示。生石灰为湖南娄底生产的中速灰；铝粉膏活性铝含量为87%，0.075mm方孔筛筛余2.78%，所用调节发气材料为普通石膏。普通硅酸盐水泥、石英砂均为市售，拌合水为自来水。

上述加气混凝土的制备方法，按照本发明内容中步骤进行，其中蒸汽养护过程中恒定温度设置为185℃，恒定压力为1.0MPa，恒定时间为6h，加气混凝土成品性能及重金属离子浸出浓度如表2所示。

表1 不同粉磨时间后炉渣的粒度分布

表2.垃圾焚烧炉渣占62%时所制加气混凝土各类性能

实施例2

本发明实施例2中，一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土的方法，其原料按照质量百分比包括：普通硅酸盐水泥8%，生石灰23%，石英砂42%，垃圾焚烧炉渣24%，石膏3%，铝粉占水泥、生石灰、石英砂、垃圾焚烧炉渣及石膏总质量的0.14%，水料比0.57，水占垃圾焚烧炉渣、生石灰、水泥、石英砂、铝粉膏和石膏总质量的57%；

所述垃圾焚烧炉渣取自长沙某垃圾焚烧发电厂，通过粉磨20min后测定其比表面积为218 m²/Kg，0.045筛余量为35.7%，粒度分布如表1所示。生石灰为湖南娄底生产的中速灰；铝粉膏活性铝含量为87%，0.075mm方孔筛筛余2.78%，所用调节发气材料为普通石膏。普通硅酸盐水泥、石英砂均为市售，拌合水为自来水。

上述加气混凝土的制备方法，按照本发明内容中步骤进行，其中蒸汽养护过程中恒定温度设置为190℃，恒定压力为1.2MPa，恒定时间为8h，加气混凝土成品性能及重金属离子浸出浓度如表3所示。

表3.垃圾焚烧炉渣占24%时所制加气混凝土各类性能

实施例3

本发明实施例3中，一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土的方法，其原料按照质量百分比包括：普通硅酸盐水泥6%，生石灰25%，石英砂58%，垃圾焚烧炉渣8%，石膏3%，铝粉占水泥、生石灰、石英砂、垃圾焚烧炉渣及石膏总质量的0.14%，水料比0.57，水占垃圾焚烧炉渣、生石灰、水泥、石英砂、铝粉膏和石膏总质量的57%；

所述垃圾焚烧炉渣取自长沙某垃圾焚烧发电厂，通过粉磨40min后测定其比表面积为386 m²/Kg，0.045筛余量为7.7%，粒度分布如表1所示。生石灰为湖南娄底生产的中速灰；铝粉膏活性铝含量为87%，0.075mm方孔筛筛余2.78%，所用调节发气材料为普通石膏。普通硅酸盐水泥、石英砂均为市售，拌合水为自来水。

上述加气混凝土的制备方法，按照本发明内容中步骤进行，其中蒸汽养护过程中恒定温度设置为195℃，恒定压力为1.4MPa，恒定时间为10h，加气混凝土成品性能及重金属离子浸出浓度如表4所示。

表4.垃圾焚烧炉渣占8%时所制加气混凝土各类性能

综上各类实施例，采用本技术方案制备方法制备的加气混凝土力学性能、保温性能均较好，且制品浸出的各类重金属离子浓度都远远低于国家标准GB5083.3的限值。本发明在利用大量垃圾焚烧炉渣的前提下，其具备环保、价格优廉、制备方法简单等特点，具有较高的推广价值。

Claims (7)

1.一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土，其特征在于：原料由垃圾焚烧炉渣、生石灰、水泥、石英砂、铝粉膏、石膏和水组成，各原料所占质量百分数为：水泥5-10%，生石灰20-30%，石英砂0-65%，垃圾焚烧炉渣0-65%，石膏3%，其中：水泥、生石灰、石英砂、垃圾焚烧炉渣及石膏总质量百分比为100%；铝粉膏为外掺，占水泥、生石灰、石英砂、垃圾焚烧炉渣及石膏总质量体系的0.14%，水料比根据加气混凝土状态调整，水占垃圾焚烧炉渣、生石灰、水泥、石英砂、铝粉膏和石膏总质量的55%-60%。

2.根据权利要求1所述的一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土，其特征在于：所述垃圾焚烧炉渣取自垃圾焚烧发电厂，测定其SiO₂含量不宜低于50%。

3.根据权利要求1所述的一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的一种，相关要求满足GB/T175《通用硅酸盐水泥》。

4.根据权利要求1所述的一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土，其特征在于：所述铝粉膏为发气材料，其固体含量为80%，其中的活性铝含量不宜低于85%。

5.根据权利要求1所述的一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土，其特征在于：所述石膏为磷石膏、脱硫石膏、氟石膏、天然的硬石膏或天然的二水石膏中任一种。

6.根据权利要求1所述的一种利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土，其特征在于：所述水为普通混凝土拌合用水，石英砂及生石灰均为市售。

7.一种如权利要求1所述的利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土的方法，其特征在于具体步骤如下:

（1）将垃圾焚烧炉渣经晾晒，粉磨预处理，粉磨时间为20min-40min，垃圾焚烧炉渣球磨所得颗粒0.045mm方孔筛筛余量宜低于40%，比表面积宜高于200 m²/Kg；

（２）将各原材料按质量百分比称取完成后备用；

（３）将水泥、石膏、步骤（1）得到的垃圾焚烧炉渣加入搅拌机中，进行原料的混合均化2~3min，得到混合粉料；同时将按质量百分比称取好的铝粉膏和水在45℃的温水条件下，进行超声分散2~3min，然后将其加入到搅拌机中和水泥、石膏及步骤（1）得到的垃圾焚烧炉渣组成的混合粉料均匀搅拌5min，得到料浆；

（４）成型，将步骤（３）得到的搅拌均匀的料浆倒入模具中，料浆的高度大约控制在模具高度的68-72%，快速将模具放入45℃的养护室中静停发气养护4~6h后，切割制品至所需规格尺寸；

（５）将切割完成的制品放入到蒸压釜中进行蒸压养护处理，养护的温度为185℃~195℃，压力为1.0~1.4MPa，调节加热速率，使整个的升温时间为2h，此时应注意升温前需要排除蒸压釜中的空气，以达到温度对应的压力；恒温恒压6-10h后，降温2h至室温，开釜取出制品即为本发明所述的垃圾焚烧炉渣加气混凝土砌块；

（６）对制备完成后的加气混凝土砌块进行外观质量、表观密度、力学性能、热工性能、重金属浸出安全性检测。