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可再生資源城市垃圾焚燒灰應(yīng)用性機(jī)理研究

文檔作者：徐衛(wèi)星1 程彥2 高路恒1 文檔來(lái)源： 1．江蘇S-程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2．北京建工國(guó)際建設(shè)工程有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月28日
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86
施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2017年3月下
第46卷第6期
DOI：10．7672／s西s2017060086
可再生資源城市垃圾焚燒灰應(yīng)用性機(jī)理研究術(shù)
徐衛(wèi)星1，程彥2，高路恒1
(1．江蘇S-程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南通226007；2．北京建工國(guó)際建設(shè)工程有限責(zé)任公司，北京100055)
[摘要]主要針對(duì)可再生資源城市垃圾焚燒灰工程應(yīng)用的本構(gòu)機(jī)理進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)城市垃圾焚燒灰主要組成成
分、化學(xué)性能等分析研究穩(wěn)定化處理新技術(shù)、新方法，進(jìn)一步研究垃圾焚燒灰的輔助膠凝作用，并對(duì)垃圾焚燒灰在
工程應(yīng)用中影響膠凝性的各類因素進(jìn)行說(shuō)明。
[關(guān)鍵詞]可再生資源；垃圾焚燒灰；應(yīng)用機(jī)理；固化穩(wěn)定；催化作用；輔助膠凝
[中圖分類號(hào)]TU502 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1002—8498(2017)06-0086-03
The Research on Application Mechanism of Renewable
Resources City Garbage Incineration Ash
Xu Weixin91，Cheng Yan2，Gao Luhen91
(1．Jiangsu Engineering Professional Technology Institute，Nantong，Jiangsu 226007，China；
2．BCEG International Co．，Ltd．，Bering 1 00055，China)
Abstract：This paper studied application constitutive mechanism of renewable resources city garbage
incineration ash engineering．Through the new methods such as urban refuse incineration ash main
composition and chemical properties，waste incineration ash auxiliary gelation was further studied，
various kinds of factors affecting gelling property of waste incineration ash in engineering application were
introduced．
Key words：renewable resources；garbage incineration ash；application mechanism；stable curing；
catalysis；auxiliary gelation
0 引言
近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程越來(lái)越快，城市垃圾
的產(chǎn)生量日益增加，已對(duì)環(huán)境造成越來(lái)越大的影
響。為了資源合理化再利用，對(duì)垃圾焚燒灰的化學(xué)
成分分析表明：底灰的主要成分為SiO：，A1：O，，
CaO，F(xiàn)e：O，和未燃盡的炭，其中主要組成為SiO：占
34．32％～49．53％，CaO占15．66％～35．23％，
A120，占8．59％～13．54％，F(xiàn)e20，占5．28％～
10．23％；其次還含有Na：O，K：O，MgO等。在美國(guó)
和荷蘭，底灰(或混合灰渣)被用作混凝土中的部分
替代骨料。最常見(jiàn)的是將底灰、水、水泥及其他骨
料按一定比例制成混凝土磚，相關(guān)技術(shù)在美國(guó)已有
商業(yè)化應(yīng)用。
1垃圾焚燒灰穩(wěn)定化處理技術(shù)
十住房城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目基金(2016-K4-070)；江蘇省高校
自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目資助(16KJB610015)
[作者簡(jiǎn)介】徐衛(wèi)星，研究員級(jí)高級(jí)工程師，E-mail：372841050@
qq·corn
[收稿日期]2016-12-02
當(dāng)前，焚燒處理是有效解決城市垃圾最有效的
辦法。未來(lái)城市發(fā)展與環(huán)境保護(hù)將成為國(guó)家戰(zhàn)略
之一，合理解決城市發(fā)展與環(huán)境破壞之間的矛盾迫
在眉睫。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球每年產(chǎn)生的城市生活
垃圾高達(dá)3 000萬(wàn)t，垃圾資源化合理利用將成為循
環(huán)發(fā)展的主要途徑。
1．1 固化穩(wěn)定性
垃圾焚燒技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)是較成熟的技術(shù)，垃
圾焚燒最終產(chǎn)生的殘?jiān)飳⒄祭偭康?0％一
30％，其中底灰的質(zhì)量占15％～25％，所占份額較
大，并且底灰是無(wú)害的，可以直接再利用；另外一部
分殘?jiān)锸秋w灰，約占5％左右，垃圾焚燒產(chǎn)生的飛
灰含有大量的Cd，Pb，Hg，Cr，Zn，Cu等重金屬有害
雜質(zhì)，不可以直接再利用，需要進(jìn)行一系列工序固
化穩(wěn)定后再應(yīng)用。飛灰中重金屬毒性控制標(biāo)準(zhǔn)如
表1所示。
國(guó)內(nèi)外對(duì)垃圾焚燒飛灰控毒固化處理技術(shù)主
要有4類：水泥固化技術(shù)、瀝青固化技術(shù)、熔融固化
技術(shù)以及化學(xué)藥劑固化技術(shù)等。目前，結(jié)合資源化
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
徐衛(wèi)星等：可再生資源城市垃圾焚燒灰應(yīng)用性機(jī)理研究87
表1飛灰中重金屬毒性控制標(biāo)準(zhǔn)
Table 1 The toxicity control standards of heavy
metals in fly ash mg·L
綜合利用技術(shù)使得水泥固化技術(shù)成為最主要、最有
效的辦法之一。
1．2無(wú)害化處理技術(shù)
固化處理是實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒灰無(wú)害化處理技術(shù)
的有效途徑，主要目標(biāo)是控制垃圾焚燒飛灰在后期
處理階段重金屬的溶出概率。
水泥固化處理技術(shù)是較傳統(tǒng)的處理方法，主要
是將垃圾焚燒飛灰與水泥、石灰等膠凝材料混合，
加入一定量的水充分?jǐn)嚢瑁蛊洚a(chǎn)生一定程度的反
應(yīng)，由固化作用將垃圾焚燒飛灰中的重金屬進(jìn)行穩(wěn)
定化、無(wú)毒化處理。
水泥固化技術(shù)的形成機(jī)理可以歸納為：水泥作
為一種強(qiáng)大的膠凝材料，在水泥與水發(fā)生水化的過(guò)
程中，垃圾焚燒飛灰中的重金屬將會(huì)出現(xiàn)吸附、化
學(xué)吸收、沉降、離子交換、鈍化等一系列穩(wěn)定化物
理、化學(xué)反應(yīng)，最終以氫氧化物或絡(luò)合物的形式停
留在水泥水化形成的水化硅酸鹽膠體C．s．H表面，
同時(shí)水泥的加入也為重金屬提供了堿性環(huán)境，抑制
了重金屬的滲濾。
2垃圾焚燒灰輔助膠凝性
水泥固化處理技術(shù)中，水泥的水化反應(yīng)為垃圾
焚燒灰這種特殊物質(zhì)提供了良好的催化條件。水
泥、垃圾焚燒灰、水等物質(zhì)混合反應(yīng)實(shí)質(zhì)上將再一
次生成具有某種膠凝或半膠凝的混合物。因此，垃
圾焚燒灰本身也具有一定的膠凝作用，稱為輔助膠
凝作用，這將為垃圾焚燒灰的資源化綜合利用提供
可靠的理論基礎(chǔ)。
垃圾焚燒灰輔助膠凝性將經(jīng)歷3個(gè)階段逐步形
成，主要包括微觀溶解階段、膠凝孕育階段及膠凝
催化階段等3個(gè)階段推演形成，表2給出了垃圾焚
燒灰膠凝性發(fā)展階段性特征。
表2膠凝性發(fā)展階段性特征分析
Table 2 AnaLysis of characteristics of gel
development stage
2．1微觀溶解階段
垃圾焚燒灰與水泥水化膠凝物之間的反應(yīng)需
要一定的過(guò)程。通過(guò)微觀物理試驗(yàn)觀測(cè)出，起初的
垃圾焚燒灰顆粒物將會(huì)溶解于水泥膠混合物中，形
成具有半膠凝性的混合物，垃圾焚燒灰膠凝作用微
觀溶解期的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1微觀溶解期示意
Fig．1 The micro dissolved phase
垃圾焚燒灰部分不溶性殘?jiān)鼘?huì)以某種穩(wěn)定
形態(tài)懸浮于半膠凝混合物中，該階段持續(xù)時(shí)間不
長(zhǎng)，主要與水泥水化作用的催化條件有很大的關(guān)
系。因此，微觀溶解階段直接影響水泥固化作用的
程度。
2．2膠凝孕育階段
垃圾焚燒灰在微觀溶解階段過(guò)后，在水泥水化
放熱的催化作用下，融于水泥膠體中的垃圾焚燒灰
發(fā)生質(zhì)的變化，在水泥水化作用催化下垃圾焚燒灰
顆粒將會(huì)出現(xiàn)很短暫的化學(xué)反應(yīng)，形成另一種膠凝
材料，但在水泥膠的包裹下，該種反應(yīng)也會(huì)出現(xiàn)“假
凝”現(xiàn)象，此過(guò)程是垃圾焚燒灰顆粒物膠凝水化反
應(yīng)的孕育階段。垃圾焚燒灰膠凝作用孕育期的結(jié)
構(gòu)如圖2所示。
圖2膠凝孕育期示意
Fig．2 Gelation incubation period
2．3膠凝催化階段
隨著水泥水化程度的加大，垃圾焚燒灰“假凝”
現(xiàn)象成為現(xiàn)實(shí)，此時(shí)的垃圾焚燒灰將在水泥水化高
溫、高濕的催化環(huán)境下進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，水泥、垃圾
焚燒灰、水將會(huì)共同形成某種真正意義上的膠凝材
料。但由于垃圾焚燒灰中存在一定量的不溶物，使
得垃圾焚燒灰只能被認(rèn)定為半膠凝材料，垃圾焚燒
灰膠凝作用催化期的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
3影響垃圾焚燒灰膠凝作用形成的主要因素
垃圾焚燒灰的半膠凝作用的形成條件主要取
決于垃圾焚燒灰在與水泥膠反應(yīng)過(guò)程的形成環(huán)境
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
88 施工技術(shù)第46卷
圖3膠凝催化期示意
Fig．3 Gelation catalytic phase
因素，主要有固化作用催化劑的選擇、催化環(huán)境的
控制以及潛伏期的影響等因素。
3．1催化劑的選擇
垃圾焚燒灰固化處理的催化劑主要取決于水
泥、石灰、高爐渣、磷酸鹽、硫酸亞鐵等黏合劑的種
類，品種的選擇也會(huì)直接影響垃圾焚燒灰膠凝作用
形成的程度。另外，摻入量的多少也會(huì)影響垃圾焚
燒飛灰中重金屬的固化程度。
Polettini-41研究了在水泥固化過(guò)程中加入
Na，SiO，或CaCl：添加劑來(lái)減少飛灰對(duì)水泥硬化的
影響，試驗(yàn)表明：對(duì)于Si，A1含量高，Na，K含量低的
電除塵飛灰，當(dāng)摻和量在30％時(shí)，所得到混合物的
初凝與終凝時(shí)間與水泥相似(372，472min)；當(dāng)飛灰
含量高達(dá)50％時(shí)，水泥的硬化過(guò)程在允許范圍內(nèi)有
所延遲。
3．2催化過(guò)程環(huán)境因素
垃圾焚燒灰膠凝作用的形成比較關(guān)鍵的因素是
水泥、石灰、高爐渣、磷酸鹽、硫酸亞鐵等黏合劑在水
化過(guò)程中的反應(yīng)狀態(tài)。當(dāng)采用水泥固化處理技術(shù)對(duì)
垃圾焚燒灰進(jìn)行固化處理時(shí)，水泥品種的選擇、水泥
水化放熱的大小及速率、水泥水化過(guò)程靜停時(shí)間的控
制等對(duì)垃圾焚燒灰膠凝作用有很大影響。
針對(duì)垃圾焚燒灰膠凝作用形成的階段性，應(yīng)重
點(diǎn)控制垃圾焚燒灰微觀溶解期的投料時(shí)間，對(duì)垃圾
焚燒灰的投料量也應(yīng)分階段進(jìn)行，確保水化的時(shí)機(jī)
與垃圾焚燒灰顆粒溶解量之間的協(xié)調(diào)性。
4 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)垃圾焚燒灰工程應(yīng)用機(jī)理的研究，
為實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒灰資源化綜合利用提供一定的理
論性借鑒，對(duì)解決城市發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾
具有一定的價(jià)值。
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(上接第82頁(yè))
b
d
圖1模擬試驗(yàn)
Fig．1 Simulating test
振、尺寸偏差和跑漿等質(zhì)量問(wèn)題；自密實(shí)混凝土取
消了振搗，降低了噪聲污染，改善了員工的工作環(huán)
境和周邊居民的生活環(huán)境；取消了混凝土振搗器，
也提高了施工效率，節(jié)省了能源和人工成本。
自密實(shí)混凝土在狹小空間的運(yùn)用具有明顯優(yōu)
勢(shì)，如何進(jìn)一步提高澆筑速度，降低原材料成本，如
何在高強(qiáng)和大體積等高性能混凝土中全面推廣應(yīng)
用，尚有進(jìn)一步研究的空間。
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