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對(duì)土木工程材料的資源化運(yùn)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(zhì)量損失為4.32%,故爐渣堅(jiān)固性滿足作為公路面層和基層填料的使用要求。有機(jī)質(zhì)會(huì)影響集料的工程性質(zhì),降低集料本身及經(jīng)無(wú)機(jī)結(jié)合料(水泥、石灰或二灰)穩(wěn)定后所得到的穩(wěn)定土強(qiáng)度,因而集料中有機(jī)質(zhì)含量不宜過(guò)高。據(jù)調(diào)查我國(guó)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(jī)質(zhì)的含量要求(不超過(guò)30%)、二灰穩(wěn)定土的集料有機(jī)質(zhì)的含量要求(不超過(guò)10%)和水泥穩(wěn)定土集料中的有機(jī)質(zhì)含量要求(不超過(guò)2%)。對(duì)上海市浦東新區(qū)垃圾焚燒發(fā)電廠爐渣物理組成調(diào)查得知其有機(jī)質(zhì)含量為0.42%,爐渣的灼減率(LOI)為2.73%,均表明其有機(jī)質(zhì)含量較低,能夠滿足作為公路基層集料的應(yīng)用要求。爐渣的化學(xué)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(yuǎn)低于危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)值,屬于一般固體廢物,故重金屬污染的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較小。爐渣的溶解鹽量一般小于1%,因此處理處置時(shí)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(jì)),能夠滿足道路中各種穩(wěn)定土中對(duì)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(yuǎn)低于許多國(guó)家的土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)險(xiǎn),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(zhì)及工程特性表明爐渣具有骨料性質(zhì)。同時(shí),爐渣的重金屬含量、浸出毒性和溶解鹽含量均較低,沒(méi)有放射性危害,因此資源化利用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較小。而且爐渣殘余有機(jī)物含量較少,堅(jiān)固性較好,作為土木工程材料進(jìn)行資源化利用具有可行性。在美國(guó)、歐洲和日本,爐渣(或是混合灰渣)己經(jīng)有幾十年的應(yīng)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(chǎng)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(jí)配、堅(jiān)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(duì)強(qiáng)度有一定的促進(jìn)作用。美國(guó)聯(lián)邦公路管理局在休斯敦、華盛頓和費(fèi)城等地,至少完成了6項(xiàng)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(jié)層、耐磨層或表層和基層。示范工程的測(cè)試結(jié)果表明,石油瀝青鋪面在一年內(nèi)不會(huì)發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象,并且只要處置得當(dāng),爐渣瀝青利用并不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。美國(guó)StonyBrook大學(xué)海洋科學(xué)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(méi)有發(fā)現(xiàn)有機(jī)或無(wú)機(jī)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(kù),經(jīng)30個(gè)月的測(cè)定結(jié)果表明:爐渣中的污染物能被有效地截留于水泥基質(zhì)中,船庫(kù)內(nèi)的空氣質(zhì)量與周圍大氣相同,并且工程測(cè)試表明爐渣磚與標(biāo)準(zhǔn)混凝土磚的抗壓強(qiáng)度相當(dāng)。但與傳統(tǒng)的砂石相比,爐渣作為集料仍有其欠缺之處,應(yīng)用時(shí)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(jí)公路及二級(jí)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(jí)公路以上公路底基層集料。另外大顆粒組成可能會(huì)破毀施工設(shè)備,對(duì)施工的危害較大,應(yīng)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(dá)12.0%~18.9%,爐渣含水率會(huì)直接影響到集料壓實(shí)程度、密度、強(qiáng)度和抗變形能力。含水率過(guò)高,還會(huì)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象,且不便于運(yùn)輸,也難以形成高強(qiáng)度。在應(yīng)用時(shí),必須根據(jù)應(yīng)用途徑作進(jìn)一步分析確定是否需要通過(guò)風(fēng)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(duì)環(huán)境有一定的潛在影響,資源化應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)對(duì)爐渣及其產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的環(huán)保檢測(cè),另外工程應(yīng)用時(shí)可以考慮加入適量的水泥、石灰等膠凝材料進(jìn)行穩(wěn)定化處理,以降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。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(chǎng)、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(chǎng)覆蓋材料填埋場(chǎng)的覆蓋層由5個(gè)部分組成,由上層到下層分別是植被層、營(yíng)養(yǎng)層、排水層、阻隔層和基礎(chǔ)層。其中基礎(chǔ)層對(duì)整個(gè)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(jiān)固的垃圾,如建筑垃圾等。爐渣若用作填埋場(chǎng)覆蓋材料,可不必進(jìn)行篩選、磁選、粒徑分配等預(yù)處理工藝。由于填埋場(chǎng)自身存在有利的衛(wèi)生條件(具備環(huán)境保護(hù)設(shè)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(duì)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(chǎng)的日臨時(shí)覆蓋材料可以起到一定的阻止填埋場(chǎng)臭氣溢出作用正在逐漸地被采用。
目前這些灰渣主要進(jìn)入填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置,這將顯著增加城市周邊填埋庫(kù)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(zhì)和工程特性分析結(jié)果表明:爐渣的物理組成及級(jí)配滿足作為集料的使用要求;有機(jī)物含量較少,堅(jiān)固性較好,適合作為混凝土集料、填土材料及垃圾填埋場(chǎng)覆蓋材料進(jìn)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(zhì)對(duì)環(huán)境的影響較小,并且爐渣沒(méi)有放射性危害,資源化利用具有環(huán)境安全性。我國(guó)是一個(gè)自然資源緊缺的國(guó)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(kù)容,減少運(yùn)輸費(fèi)用和運(yùn)輸造成的環(huán)境污染問(wèn)題,還能夠節(jié)約資源并創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。從我國(guó)的環(huán)境法律法規(guī)上來(lái)說(shuō),爐渣不屬于危險(xiǎn)廢物,鼓勵(lì)發(fā)展資源化利用技術(shù)。因此,探索適合我國(guó)爐渣特性的資源化應(yīng)用技術(shù)對(duì)于建立節(jié)約型社會(huì)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)有著非常重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。
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