CN113956015A - 一种生活垃圾焚烧灰渣混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种生活垃圾焚烧灰渣混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生活垃圾焚烧灰渣混凝土及其制备方法，属于固废资源化利用技术领域。本发明提供的生活垃圾焚烧灰渣混凝土中，粗炉渣和细炉渣为生活垃圾焚烧炉渣制得，改性飞灰砂以及改性飞灰为生活垃圾焚烧飞灰制得，可解决生活垃圾焚烧灰渣占用以及污染土地的困扰，变废为宝，同时可节约天然砂石资源以及胶凝材料，最终制备得到的生活垃圾焚烧灰渣混凝土可满足非结构混凝土使用要求。实施例的结果显示，本发明提供的生活垃圾焚烧灰渣混凝土标准养护28天后强度为22.8～34.1MPa，且各重金属离子浸出结果均合格。

Description

一种生活垃圾焚烧灰渣混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及固废资源化利用技术领域，具体涉及一种生活垃圾焚烧灰渣混凝土及其制备方法。
背景技术
城市生活垃圾焚烧处理因具有明显的减量化、无害化以及资源化优势而得到广泛应用，生活垃圾焚烧处理会产生生活垃圾焚烧灰渣，包括生活垃圾焚烧炉渣和生活垃圾焚烧飞灰，其中，生活垃圾焚烧炉渣约占生活垃圾总质量的20％，生活垃圾焚烧飞灰约占生活垃圾总质量的5％。
现阶段的生活垃圾焚烧炉渣处置以稳定后卫生填埋为主，但随着土地资源逐渐紧缺，卫生填埋库容不断减少，加上新建填埋场选址困难等因素的制约，生活垃圾焚烧炉渣面临无处安置的困扰。
城市生活垃圾焚烧飞灰已明确被列为危险废物，其中含有高浓度的重金属和二噁英类物质，若不妥善处置将会对生态环境造成严重危害。现阶段生活垃圾焚烧飞灰的处理方式主要有水泥固化稳定化、化学处理法以及安全填埋法等途径，但普遍存在处置费用高以及技术难度大的问题。
因此，如何经济有效地处理生活垃圾焚烧灰渣，防止其污染环境，成为社会关注和研究的热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生活垃圾焚烧灰渣混凝土及其制备方法，本发明基于生活垃圾焚烧灰渣制备生活垃圾焚烧灰渣混凝土，可解决生活垃圾焚烧灰渣占用以及污染土地的困扰，变废为宝，同时可节约天然砂石资源以及胶凝材料，具有显著的环境效益和经济效益。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种生活垃圾焚烧灰渣混凝土，按质量份数计，包括以下制备原料：
粗炉渣450～550份，所述粗炉渣的粒径为4.75～26.5mm；
细炉渣360～440份，所述细炉渣的粒径<4.75mm；
改性飞灰砂20～60份，所述改性飞灰砂的粒径为0.075～4.75mm；
改性飞灰11～30份，所述改性飞灰的粒径<0.075mm；
矿粉110～150份；
水玻璃25～45份；
氢氧化钠1.2～2.5份；
水60～75份；
其中，所述粗炉渣和细炉渣由生活垃圾焚烧炉渣破碎后筛分得到；
所述改性飞灰砂和改性飞灰的制备方法包括以下步骤：
将生活垃圾焚烧飞灰、玻璃粉与石灰石粉混合后进行煅烧，得到煅烧物料；将所述煅烧物料依次进行脱氯、破碎和筛分，得到所述改性飞灰砂和改性飞灰。
优选地，所述生活垃圾焚烧飞灰、玻璃粉与石灰石粉的质量比为(3～5)：(3～5)：(1～2)。
优选地，所述玻璃粉的粒径<0.15mm。
优选地，所述石灰石粉的粒径<0.075mm。
优选地，所述煅烧的温度为800～1000℃，时间为1～3h。
优选地，所述脱氯的方式为水洗；以干质量计，所述水洗以使洗涤后物料中氯离子质量含量≤0.02％为基准。
优选地，所述矿粉为S95级矿粉或S105级矿粉。
优选地，所述水玻璃的模数为3.1～3.3。
本发明提供了上述技术方案所述生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将粗炉渣、细炉渣、改性飞灰砂、改性飞灰、矿粉、水玻璃、氢氧化钠与水混合，得到初料；
将所述初料进行成型和养护，得到生活垃圾焚烧灰渣混凝土。
优选地，所述粗炉渣、细炉渣、改性飞灰砂、改性飞灰、矿粉、水玻璃、氢氧化钠与水混合的方式包括：
将水玻璃、氢氧化钠与水进行第一混合，得到液体物料；
将粗炉渣、细炉渣、改性飞灰砂、改性飞灰与矿粉进行第二混合，得到固体物料；
将所述液体物料与固体物料进行第三混合，得到初料。
本发明有益效果如下：
(1)本发明中粗炉渣和细炉渣为生活垃圾焚烧炉渣制得，改性飞灰砂以及改性飞灰为生活垃圾焚烧飞灰制得，可解决生活垃圾焚烧灰渣占用以及污染土地的困扰，变废为宝，同时可节约天然砂石资源以及胶凝材料，最终制备得到的生活垃圾焚烧灰渣混凝土可满足非结构混凝土使用要求。
(2)生活垃圾焚烧炉渣疏松多孔，可以起到良好的吸附、固定重金属作用；与水泥基胶凝材料相比，碱激发胶凝材料具备更好的固化重金属作用。
(3)利用生活垃圾焚烧飞灰制备改性飞灰砂以及改性飞灰时，通过煅烧以及脱氯解决了生活垃圾焚烧飞灰有毒有害重金属离子浸出的问题，同时使改性飞灰砂以及改性飞灰具有火山灰活性，使其成为合格的混凝土矿物掺合料。
(4)本发明创新全部使用生活垃圾焚烧灰渣做混凝土骨料，创新使用生活垃圾焚烧飞灰制备改性飞灰砂，替代部分细骨料，提高了生活垃圾焚烧飞灰在混凝土中使用量的同时减少了重金属离子的浸出量。
实施例的结果显示，本发明提供的生活垃圾焚烧灰渣混凝土标准养护28天后强度为22.8～34.1MPa，且各重金属离子浸出结果均合格。
具体实施方式
本发明提供了一种生活垃圾焚烧灰渣混凝土，按质量份数计，包括以下制备原料：
粗炉渣450～550份，所述粗炉渣的粒径为4.75～26.5mm；
细炉渣360～440份，所述细炉渣的粒径<4.75mm；
改性飞灰砂20～60份，所述改性飞灰砂的粒径为0.075～4.75mm；
改性飞灰11～30份，所述改性飞灰的粒径<0.075mm；
矿粉110～150份；
水玻璃25～45份；
氢氧化钠1.2～2.5份；
水60～75份；
其中，所述粗炉渣和细炉渣由生活垃圾焚烧炉渣破碎后筛分得到；
所述改性飞灰砂和改性飞灰的制备方法包括以下步骤：
将生活垃圾焚烧飞灰、玻璃粉与石灰石粉混合后进行煅烧，得到煅烧物料；将所述煅烧物料依次进行脱氯、破碎和筛分，得到所述改性飞灰砂和改性飞灰。
按质量份数计，本发明中生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备原料包括粗炉渣450～550份，优选为500～500份；所述粗炉渣的粒径为4.75～26.5mm；堆积密度优选为1100～1200kg/m3，更优选为1180kg/m3。
以所述粗炉渣的质量份数为基准，本发明中生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备原料包括细炉渣360～440份，优选为360～400份；所述细炉渣的粒径<4.75mm；堆积密度优选为1300～1400kg/m3，更优选为1350kg/m3。
在本发明中，所述粗炉渣和细炉渣由生活垃圾焚烧炉渣破碎后筛分得到。本发明对所述生活垃圾焚烧炉渣的来源没有特殊限定，具体是生活垃圾焚烧后炉底的渣；在本发明的实施例中，所述生活垃圾焚烧炉渣具体来自深圳生活垃圾发电厂。本发明对所述破碎和筛分的具体方式没有特殊限定，能够得到满足上述粒径要求的粗炉渣和细炉渣即可。
在本发明中，所述生活垃圾焚烧炉渣疏松多孔，可以起到良好的吸附、固定重金属作用，利用所述生活垃圾焚烧炉渣制备的粗炉渣和细炉渣作为混凝土骨料，可变废为宝，节约天然砂石资源。
以所述粗炉渣的质量份数为基准，本发明中生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备原料包括改性飞灰砂20～60份，优选为20～40份；所述改性飞灰砂的粒径为0.075～4.75mm；堆积密度优选为960～1040kg/m3，更优选为1000kg/m3。
以所述粗炉渣的质量份数为基准，本发明中生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备原料包括改性飞灰11～30份，优选为20～30份；所述改性飞灰的粒径<0.075mm，比表面积优选为350～400m2/g。
在本发明中，所述改性飞灰砂和改性飞灰的制备方法包括以下步骤：
将生活垃圾焚烧飞灰、玻璃粉与石灰石粉混合后进行煅烧，得到煅烧物料；
将所述煅烧物料依次进行脱氯、破碎和筛分，得到所述改性飞灰砂和改性飞灰。
本发明将生活垃圾焚烧飞灰、玻璃粉与石灰石粉混合后进行煅烧，得到煅烧物料。本发明对所述生活垃圾焚烧飞灰的来源没有特殊限定，具体是生活垃圾焚烧后烟道内的集灰；在本发明的实施例中，所述生活垃圾焚烧飞灰具体来自深圳生活垃圾发电厂。在本发明中，所述玻璃粉优选由碎玻璃粉磨制得，所述玻璃粉的粒径优选<0.15mm；所述石灰石粉的粒径优选<0.075mm。在本发明中，所述生活垃圾焚烧飞灰、玻璃粉与石灰石粉的质量比优选为(3～5)：(3～5)：(1～2)，更优选为3：3：1。在本发明中，所述煅烧的温度优选为800～1000℃，更优选为950℃；时间优选为1～3h，更优选为2h。在本发明中，所述玻璃粉的作用是熔化后作为重金属熔剂，以达到固化重金属目的，所述石灰石粉的作用是助熔剂。
在本发明中，所述煅烧后优选还包括冷却；本发明对所述冷却的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冷却方式即可。在本发明中，所述冷却后得到块状或粒状物，即为煅烧物料。
得到煅烧物料后，本发明将所述煅烧物料依次进行脱氯、破碎和筛分，得到所述改性飞灰砂和改性飞灰。在本发明中，所述脱氯的方式优选为水洗；以干质量计，所述水洗优选以使洗涤后物料中氯离子质量含量≤0.02％为基准，满足《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011标准要求。在本发明中，所述水洗后优选还包括干燥，本发明对所述干燥没有特殊限定，能够实现充分干燥即可。本发明对所述破碎和筛分的具体方式没有特殊限定，能够得到满足上述粒径要求的改性飞灰砂和改性飞灰即可。
本发明创新全部使用生活垃圾焚烧灰渣做混凝土骨料，创新使用生活垃圾焚烧飞灰制备改性飞灰砂，替代部分细骨料，提高了生活垃圾焚烧飞灰在混凝土中使用量的同时减少了重金属离子的浸出量。
以所述粗炉渣的质量份数为基准，本发明中生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备原料包括矿粉110～150份，优选为130～150份。在本发明中，所述矿粉优选为S95级矿粉或S105级矿粉。在本发明中，所述矿粉的作用是被碱性物质激发产生胶凝作用。
以所述粗炉渣的质量份数为基准，本发明中生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备原料包括水玻璃25～45份，优选为35～45份。在本发明中，所述水玻璃的模数优选为3.1～3.3，更优选为3.2。在本发明中，所述水玻璃的作用是激发剂，激发矿粉活性。
以所述粗炉渣的质量份数为基准，本发明中生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备原料包括氢氧化钠1.2～2.5份，优选为2～2.5份。在本发明中，所述氢氧化钠优选工业级片状氢氧化钠，纯度≥99％。在本发明中，所述氢氧化钠的作用是激发矿粉活性。
以所述粗炉渣的质量份数为基准，本发明中生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备原料包括水60～75份，优选为68～75份。
本发明提供的生活垃圾焚烧灰渣混凝土标准养护28天后强度为22.8～34.1MPa，可满足非结构混凝土使用要求，且各重金属离子浸出结果均合格。
本发明提供了上述技术方案所述生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将粗炉渣、细炉渣、改性飞灰砂、改性飞灰、矿粉、水玻璃、氢氧化钠与水混合，得到初料；
将所述初料进行成型和养护，得到生活垃圾焚烧灰渣混凝土。
本发明将粗炉渣、细炉渣、改性飞灰砂、改性飞灰、矿粉、水玻璃、氢氧化钠与水混合，得到初料。在本发明中，所述粗炉渣、细炉渣、改性飞灰砂、改性飞灰、矿粉、水玻璃、氢氧化钠与水混合的方式优选包括：
将水玻璃、氢氧化钠与水进行第一混合，得到液体物料；
将粗炉渣、细炉渣、改性飞灰砂、改性飞灰与矿粉进行第二混合，得到固体物料；
将所述液体物料与固体物料进行第三混合，得到初料。
在本发明中，所述第一混合优选在搅拌条件下进行，本发明对所述搅拌的速率以及时间没有特殊限定，使氢氧化钠完全溶解即可。在本发明中，所述第一混合过程中体系放热，优选经冷却得到液体物料。
在本发明中，所述第二混合优选在混凝土搅拌机中进行，所述第二混合的时间优选为30～60s，更优选为45～60s。
在本发明中，所述第三混合优选是将所述液体物料加入至所述固体物料中，所述第三混合优选在混凝土搅拌机中进行，所述第三混合的时间优选为240～300s，更优选为270～300s。
得到初料后，本发明将所述初料进行成型和养护，得到生活垃圾焚烧灰渣混凝土。本发明对所述成型和养护没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。在本发明的实施例中，具体是将所述初料装入混凝土模具中，插捣或振实，经室温养护后脱模，得到生活垃圾焚烧灰渣混凝土；在本发明中，所述室温养护的时间优选为24h。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
以下各实施例中生活垃圾焚烧灰渣混凝土制备原料的来源以及指标参数如下：
将生活垃圾焚烧炉渣(来自深圳生活垃圾发电厂)破碎后筛分，得到粗炉渣和细炉渣；所述粗炉渣的粒径为4.75～26.5mm，堆积密度为1180kg/m3；所述细炉渣的粒径<4.75mm，堆积密度为1350kg/m3；
将生活垃圾焚烧飞灰(来自深圳生活垃圾发电厂)、玻璃粉与石灰石粉按照质量比为3：3：1的比例混合，在950℃条件下煅烧2h，冷却后得到煅烧物料；将所述煅烧物料进行水洗，至氯离子质量含量不超过0.02％(按干质量计)，之后依次经干燥、破碎和筛分，得到改性飞灰砂和改性飞灰；其中，所述玻璃粉由碎玻璃粉磨制得，粒径<0.15mm；所述石灰石粉的粒径<0.075mm；所述改性飞灰砂的粒径<4.75mm，堆积密度为1000kg/m3；所述改性飞灰的粒径<0.075mm，比表面积为350～400m2/g；
矿粉：S95级矿粉；
水玻璃：模数为3.2；
氢氧化钠：工业级片状氢氧化钠，纯度≥99％。
实施例1
按重量份数计，将1.2份氢氧化钠、25份水玻璃与60份水混合，搅拌使氢氧化钠溶解，冷却后得到液体物料；
将450份粗炉渣、440份细炉渣、60份改性飞灰砂、11份改性飞灰与110份矿粉加入到混凝土搅拌机中搅拌30s，得到固体物料；
将所述液体物料加入至固体物料中，在所述混凝土搅拌机中搅拌240s，得到初料；
将所述初料装入混凝土模具中振实，室温(20±5℃)养护24h后脱模，得到生活垃圾焚烧灰渣混凝土。
实施例2
按重量份数计，将2份氢氧化钠、35份水玻璃与68份水混合，搅拌使氢氧化钠溶解，冷却后得到液体物料；
将500份粗炉渣、400份细炉渣、40份飞灰砂、20份飞灰与130份矿粉加入到混凝土搅拌机中搅拌45s，得到固体物料；
将所述液体物料加入至固体物料中，在所述混凝土搅拌机中搅拌270s，得到初料；
将所述初料装入混凝土模具中振实，室温(20±5℃)养护24h后脱模，得到生活垃圾焚烧灰渣混凝土。
实施例3
按重量份数计，将2.5份氢氧化钠、45份水玻璃与75份水混合，搅拌使氢氧化钠溶解，冷却后得到液体物料；
将550份粗炉渣、360份细炉渣、20份飞灰砂、30份飞灰与150份矿粉加入到混凝土搅拌机中搅拌60s，得到固体物料；
将所述液体物料加入至固体物料中，在所述混凝土搅拌机中搅拌300s，得到初料；
将所述初料装入混凝土模具中振实，室温(20±5℃)养护24h后脱模，得到生活垃圾焚烧灰渣混凝土。
将实施例1～3制备的生活垃圾焚烧灰渣混凝土标准养护(温度为20℃、相对湿度为95％以上)28天，之后将所得混凝土试样进行性能测试，具体如下：
按照GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测试混凝土试样的强度；
按照GB/T 30810-2014《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》和GB30760-2014《水泥窑协同处置固体废弃物技术规范》测试混凝土试样中重金属离子浸出量。
测试结果见表1。
表1实施例1～3制备的生活垃圾焚烧灰渣混凝土的性能测试结果
Figure BDA0003369338790000091
由表1可知，实施例1～3制备的生活垃圾焚烧灰渣混凝土中各重金属离子浸出结果均合格；实施例1制备的生活垃圾焚烧灰渣混凝土标准养护28天后强度为22.8MPa，可满足RC20混凝土强度要求；实施例2制备的生活垃圾焚烧灰渣混凝土标准养护28天后强度为27.7MPa，可满足RC25混凝土强度要求；实施例3制备的生活垃圾焚烧灰渣混凝土标准养护28天后强度为34.1MPa，可满足RC30混凝土强度要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生活垃圾焚烧灰渣混凝土，按质量份数计，包括以下制备原料：
粗炉渣450～550份，所述粗炉渣的粒径为4.75～26.5mm；
细炉渣360～440份，所述细炉渣的粒径<4.75mm；
改性飞灰砂20～60份，所述改性飞灰砂的粒径为0.075～4.75mm；
改性飞灰11～30份，所述改性飞灰的粒径<0.075mm；
矿粉110～150份；
水玻璃25～45份；
氢氧化钠1.2～2.5份；
水60～75份；
其中，所述粗炉渣和细炉渣由生活垃圾焚烧炉渣破碎后筛分得到；
所述改性飞灰砂和改性飞灰的制备方法包括以下步骤：
将生活垃圾焚烧飞灰、玻璃粉与石灰石粉混合后进行煅烧，得到煅烧物料；将所述煅烧物料依次进行脱氯、破碎和筛分，得到所述改性飞灰砂和改性飞灰。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧灰渣混凝土，其特征在于，所述生活垃圾焚烧飞灰、玻璃粉与石灰石粉的质量比为(3～5)：(3～5)：(1～2)。
3.根据权利要求1或2所述的生活垃圾焚烧灰渣混凝土，其特征在于，所述玻璃粉的粒径<0.15mm。
4.根据权利要求1或2所述的生活垃圾焚烧灰渣混凝土，其特征在于，所述石灰石粉的粒径<0.075mm。
5.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧灰渣混凝土，其特征在于，所述煅烧的温度为800～1000℃，时间为1～3h。
6.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧灰渣混凝土，其特征在于，所述脱氯的方式为水洗；以干质量计，所述水洗以使洗涤后物料中氯离子质量含量≤0.02％为基准。
7.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧灰渣混凝土，其特征在于，所述矿粉为S95级矿粉或S105级矿粉。
8.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧灰渣混凝土，其特征在于，所述水玻璃的模数为3.1～3.3。
9.权利要求1～8任一项所述生活垃圾焚烧灰渣混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将粗炉渣、细炉渣、改性飞灰砂、改性飞灰、矿粉、水玻璃、氢氧化钠与水混合，得到初料；
将所述初料进行成型和养护，得到生活垃圾焚烧灰渣混凝土。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述粗炉渣、细炉渣、改性飞灰砂、改性飞灰、矿粉、水玻璃、氢氧化钠与水混合的方式包括：
将水玻璃、氢氧化钠与水进行第一混合，得到液体物料；
将粗炉渣、细炉渣、改性飞灰砂、改性飞灰与矿粉进行第二混合，得到固体物料；
将所述液体物料与固体物料进行第三混合，得到初料。
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