對土木工程材料的資源化運用探索理工論文
據(jù)研究資料爐渣在5次浸泡和烘干循環(huán)后質量損失為4.32%,故爐渣堅固性滿足作為公路面層和基層填料的使用要求。有機質會影響集料的工程性質,降低集料本身及經(jīng)無機結合料(水泥、石灰或二灰)穩(wěn)定后所得到的穩(wěn)定土強度,因而集料中有機質含量不宜過高。據(jù)調查我國焚燒爐渣中可燃物的含量較低(5mm以上顆粒中的可燃物含量在0.06%~1.34%),能夠滿足石灰穩(wěn)定土集料有機質的含量要求(不超過30%)、二灰穩(wěn)定土的集料有機質的含量要求(不超過10%)和水泥穩(wěn)定土集料中的有機質含量要求(不超過2%)。對上海市浦東新區(qū)垃圾焚燒發(fā)電廠爐渣物理組成調查得知其有機質含量為0.42%,爐渣的灼減率(LOI)為2.73%,均表明其有機質含量較低,能夠滿足作為公路基層集料的應用要求。爐渣的化學組成元素主要是Si、Al、Ca、Na、Fe、C、K、Mg和O,礦物成分主要是SiO2、CaAl2Si2O8、Al2SiO5及少量的CaCO3、CaO和ZnMn2O4等。爐渣中含有一定的重金屬,如Cd、Hg、Pb、Cu和Zn等,但重金屬浸出濃度遠低于危險廢物鑒別標準值,屬于一般固體廢物,故重金屬污染的環(huán)境風險較小。爐渣的溶解鹽量一般小于1%,因此處理處置時因溶解鹽污染地下水的可能性較小,其中硫酸鹽的含量約0.06%~0.10%(以SO3計),能夠滿足道路中各種穩(wěn)定土中對硫酸鹽含量的要求。爐渣的酸中和能力約為4meq/g,pH緩沖能力大,能有效抑制重金屬的浸出。另外焚燒爐渣中的二惡英含量約為0.015~0.3ngTEQ/g,遠低于許多國家的土壤質量標準限值(1.0或1.5ngTEQ/g)。還有研究發(fā)現(xiàn)爐渣不存在放射性風險,綜上所述,從環(huán)境安全的角度爐渣的資源化利用是可行的。
爐渣的理化性質及工程特性表明爐渣具有骨料性質。同時,爐渣的重金屬含量、浸出毒性和溶解鹽含量均較低,沒有放射性危害,因此資源化利用的環(huán)境風險較小。而且爐渣殘余有機物含量較少,堅固性較好,作為土木工程材料進行資源化利用具有可行性。在美國、歐洲和日本,爐渣(或是混合灰渣)己經(jīng)有幾十年的應用歷史,尤其在歐洲,爐渣資源化利用的比例較高,總體比例在50%以上,其中作為道路工程的集料和填埋場的覆蓋材料是目前爐渣資源化利用最主要的方式。瀝青混凝土或水泥混凝土的替代骨料爐渣的物理組成、級配、堅固性等均符合瀝青混凝土和水泥混凝土替代骨料的要求。另外有研究發(fā)現(xiàn),垃圾焚燒爐渣中含有一定量的活性SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分,具備一定的火山灰活性,故將爐渣用作水泥混凝土骨料對強度有一定的促進作用。美國聯(lián)邦公路管理局在休斯敦、華盛頓和費城等地,至少完成了6項含混合爐渣的瀝青道路鋪筑示范工程,爐渣被分別用于道路粘結層、耐磨層或表層和基層。示范工程的測試結果表明,石油瀝青鋪面在一年內不會發(fā)生開裂現(xiàn)象,并且只要處置得當,爐渣瀝青利用并不會對環(huán)境造成危害。美國StonyBrook大學海洋科學研究中心用穩(wěn)定后焚燒爐渣制成的水泥磚建成2座人工暗礁,歷經(jīng)6年沒有發(fā)現(xiàn)有機或無機的有毒有害成分滲出到周圍環(huán)境;用爐渣空心磚建造船庫,經(jīng)30個月的測定結果表明:爐渣中的污染物能被有效地截留于水泥基質中,船庫內的空氣質量與周圍大氣相同,并且工程測試表明爐渣磚與標準混凝土磚的抗壓強度相當。但與傳統(tǒng)的砂石相比,爐渣作為集料仍有其欠缺之處,應用時需注意:
其一原狀爐渣由于含有大粒徑磚塊、石頭和金屬,使得其只能用作二級公路及二級以下公路的底基層集料,只有去除這些大顆粒后,爐渣才能用作基層和二級公路以上公路底基層集料。另外大顆粒組成可能會破毀施工設備,對施工的危害較大,應該盡可能地除去。
其二由于水淬降溫排渣作用,原狀爐渣的'含水率高達12.0%~18.9%,爐渣含水率會直接影響到集料壓實程度、密度、強度和抗變形能力。含水率過高,還會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象,且不便于運輸,也難以形成高強度。在應用時,必須根據(jù)應用途徑作進一步分析確定是否需要通過風干降低爐渣的含水率。
其三是由于爐渣中含有一定的重金屬等污染物,對環(huán)境有一定的潛在影響,資源化應用過程中應對爐渣及其產(chǎn)品進行嚴格的環(huán)保檢測,另外工程應用時可以考慮加入適量的水泥、石灰等膠凝材料進行穩(wěn)定化處理,以降低環(huán)境風險。路基、路堤等的建筑填料由于天然砂石骨料的缺乏,爐渣用作停車場、道路等的建筑填土材料,成為歐洲目前灰渣資源化利用的重要途徑之一。
填埋場覆蓋材料填埋場的覆蓋層由5個部分組成,由上層到下層分別是植被層、營養(yǎng)層、排水層、阻隔層和基礎層。其中基礎層對整個覆蓋系統(tǒng)起著支撐、穩(wěn)定的作用,其材料為土壤、砂礫,甚至可以為一些堅固的垃圾,如建筑垃圾等。爐渣若用作填埋場覆蓋材料,可不必進行篩選、磁選、粒徑分配等預處理工藝。由于填埋場自身存在有利的衛(wèi)生條件(具備環(huán)境保護設施如防滲層及滲濾液回收系統(tǒng)等),能夠很好地控制爐渣中的重金屬或水溶性鹽分的浸出對人類健康和環(huán)境的不利影響。另外,焚燒爐渣作為垃圾填埋場的日臨時覆蓋材料可以起到一定的阻止填埋場臭氣溢出作用正在逐漸地被采用。
目前這些灰渣主要進入填埋場進行填埋處置,這將顯著增加城市周邊填埋庫容的壓力,因此爐渣的資源化利用有很大的必要性。爐渣的理化性質和工程特性分析結果表明:爐渣的物理組成及級配滿足作為集料的使用要求;有機物含量較少,堅固性較好,適合作為混凝土集料、填土材料及垃圾填埋場覆蓋材料進行資源化利用。爐渣的重金屬含量、浸出毒性、溶解鹽含量及二惡英類物質對環(huán)境的影響較小,并且爐渣沒有放射性危害,資源化利用具有環(huán)境安全性。我國是一個自然資源緊缺的國家,天然建材原料缺乏,將爐渣就地資源化利用,不僅能夠節(jié)省填埋庫容,減少運輸費用和運輸造成的環(huán)境污染問題,還能夠節(jié)約資源并創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益。從我國的環(huán)境法律法規(guī)上來說,爐渣不屬于危險廢物,鼓勵發(fā)展資源化利用技術。因此,探索適合我國爐渣特性的資源化應用技術對于建立節(jié)約型社會、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟有著非常重要的社會意義和經(jīng)濟意義。
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