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1、10申请公布号CN104310880A43申请公布日20150128CN104310880A21申请号201410514111422申请日20140929C04B28/00200601C04B18/1020060171申请人同济大学地址200092上海市杨浦区四平路1239号申请人上海建科检验有限公司72发明人张贺俞海勇施惠生74专利代理机构上海申新律师事务所31272代理人周云54发明名称一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法57摘要本发明公开了一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，用水泥、粉煤灰、砂、石和水配制混凝土，其特征在于，用经水洗预处理的垃圾焚。
2、烧飞灰替代520质量分数的水泥。该方法能有效提高混凝土的抗冻融能力，并保证混凝土具有良好的力学性能，同时能有效固化水洗预处理焚烧飞灰中残余有害重金属离子，使配制的混凝土在遭受冻融破坏后重金属离子也不易浸出，符合相关的国家安全标准。本发明将城市的垃圾焚烧飞灰再利用，符合国家的资源再生可持续发展战略目标，具有较高的社会效益和经济效益。51INTCL权利要求书1页说明书6页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图1页10申请公布号CN104310880ACN104310880A1/1页21一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，用水泥、粉。
3、煤灰、砂、石和水配制混凝土，其特征在于，用经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰替代520质量分数的水泥。2根据权利要求1所述的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，其特征在于，所述经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰主要化学组成是SIO2、CAO、AL2O3和FE2O3，且通过水洗预处理使飞灰的浸出毒性低于国家标准GB508532007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别。3根据权利要求2所述的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，所述经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰粒径集中在355M。4根据权利要求1所述的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，其特征在于，粉煤灰与水泥的质量比为。
4、1720。5根据权利要求1所述的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，其特征在于，所配制的混凝土中添加有质量为水泥的051的外加剂。6根据权利要求5所述的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，其特征在于，所述外加剂主要为减水剂。权利要求书CN104310880A1/6页3一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法技术领域0001本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法。背景技术0002混凝土的耐久性是指其抵抗环境介质作用并长期保持良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。。
5、其中，混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土的抗冻耐久性简称抗冻性即是指饱水混凝土抵抗冻融循环作用的性能。混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件，因此，混凝土的冻融破坏一般发生于寒冷地区经常与水接触的混凝土结构物，如水位变化区的海工、水工混凝土结构物以及与水接触部位的道路、建筑物勒脚、阳台等。在我国东北、华北和西北地区的水利大坝，尤其是东北严寒地区的混凝土结构物，几乎100的工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。混凝土冻融循环产生的破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面，水在混凝土毛细孔中结冰造成的冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强度、。
6、抗拉强度等力学性能严重下降，危害结构物的耐用性，因此为了提高混凝土结构的耐久性能，保证人民群众财产及人身的安全，提高能源环境资源利用效率，研究提高混凝土的抗冻性有着极其重要意义。0003通常情况下,混凝土的冻融破坏是一个极其复杂的物理变化过程,而且受许多因素的影响。诸如混凝土中孔隙的充水程度、水灰比、水泥品种及集料质量、含气量、环境温度以及反复冻融的次数等。因此，对于混凝土冻融破坏的机理难以得出一致性的定论，主要有以下一些具有代表性的理论冰的分离层理论、充水系数理论、渗透压理论、水压力理论、孔结构理论。上述几种理论从不同角度阐述了混凝土冻融破坏的机理,尽管这些理论相互之间还有分歧,但是一般可以。
7、认为混凝土的冻融破坏是一个由表及里,先大孔后小孔的物理变化过程。由于水结成冰产生体积膨胀,在混凝土中形成内压力，当这种内压力超过混凝土所能承受的极限时,引起混凝土内部孔隙和裂隙不断地发育,由小变大,由短变长,相互贯通,最终导致混凝土破坏。0004传统的提高混凝土抗冻性的方法主要有严格控制水灰比、添加引气剂、掺入适量的优质矿物掺合料以及采用树脂浸渍混凝土四种。然而，这些方法都不可避免地提高了混凝土的生产成本，消耗了更多的自然资源。0005焚烧飞灰主要化学组成是SIO2、CAO、AL2O3和FE2O3，与目前正在大量应用的高炉矿渣、粉煤灰等掺合料非常接近，且具有一定的活性，因而水化后期飞灰的二次反。
8、应产物填充了水泥的较大孔隙；另一方面，飞灰颗粒粒径较细，使其在混凝土中能够起到一定的填充微细孔的作用。因而混凝土中掺入飞灰能使混凝土内部的孔径细化，降低了冰点，从而可以有效地改善混凝土的抗冻性能。说明书CN104310880A2/6页4发明内容0006本发明的目的在于提出一种合理利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻性能的方法。0007本发明利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，其技术方案为用水泥、粉煤灰、砂、石和水配制混凝土，其特征在于，用经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰替代520质量分数的水泥。0008所述经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰主要化学组成是SIO2、CAO、AL2O3和F。
9、E2O3，且通过水洗预处理使飞灰的浸出毒性低于国家标准GB508532007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别。所述经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰粒径集中在355M。0009优选地，粉煤灰与水泥的质量比为1720。0010优选地，所配制的混凝土中还添加有质量为水泥的051的外加剂。所述外加剂主要为减水剂。0011本发明利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰代替部分水泥，并配以粉煤灰以及外加剂等材料进行复合改性，在保证混凝土力学性能的前提下，有效提高混凝土的抗冻性能，且使混凝土在遭受冻融破坏后的重金属离子浸出符合国家相关的环境安全标准。本发明不仅为我国垃圾飞灰处置打开了一条新的出路，有效处理了废弃物，改善了城市环境，。
10、节约了土地资源，同时也将为能耗巨大的建筑行业提供一条绿色环保之路，有利于推动全国垃圾焚烧飞灰的管理向“零填埋”、“零风险”方向发展，具有巨大的社会与经济效益。附图说明0012图1为不同形状飞灰颗粒SEM图像。具体实施方式0013本发明中所用的水洗预处理垃圾焚烧飞灰的基本性能0014本发明所用的垃圾焚烧飞灰原样取自上海浦东新区御桥生活垃圾焚烧厂，由焚烧炉收尘器收集而来，经水洗预处理后，由PEF60100颚式破碎机破碎至粒度5MM以下，投入500MML500MM试验磨机粉磨20分钟后制得。经水洗预处理前后的主要化学成分以及重金属含量分别见表1、表2。0015表1垃圾焚烧灰水洗预处理前后的主要化学成。
11、分00160017表2水洗前后焚烧飞灰重金属含量/MG/KG0018说明书CN104310880A3/6页50019水洗预处理焚烧飞灰的微观形貌如图1所示，从形态特征上可概括为球形体A，B、不规则聚合体C,D、絮状体E以及棒状F。0020表3是本发明中所用的水洗预处理垃圾焚烧飞灰的颗粒粒径分布。0021表3水洗预处理飞灰的粒度分布00220023表4为本发明所使用的水洗预处理垃圾焚烧飞灰的比表面积和80UM的筛余量。0024表4水洗预处理焚烧飞灰细度00250026从上述数据中可以看出，本发明所用的飞灰经过水洗预处理和有效研磨之后，其CL与重金属含量大大降低，这使得它在混凝土中的最大掺量显著提。
12、高。此外水洗及研磨后飞灰的颗粒粒径较细且分布均匀，大部分集中在355UM之间，粒径在30UM以下的颗粒占了75，粒径在55UM以下的颗粒占了90，掺入混凝土中可起到相应的填充以及二次水化作用，提高混凝土的抗冻能力。0027实施例0028表5是三种作为参考的具体配合比，掺加的焚烧飞灰的量以水泥的质量为基准。0029表5掺预处理水洗焚烧飞灰抗冻融混凝土配合比00300031根据GB/T1752007通用硅酸盐水泥和GB501642011混凝土质量控制标准中的规定素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土中水溶性氯离子限值分别为CL1、CL03、CL006。根据计算，由于水洗后飞灰中的CL含量大大减少，水洗。
13、预处理焚烧飞灰的最高掺量可以达到水泥的20，因此，以上所有参考配合比均符合国家对混凝土中氯离子含量的最高要求。0032参考配合比混凝土的抗冻性能说明书CN104310880A4/6页60033混凝土的抗冻融实验按照GB/T500822009中的“快冻法”进行测定，该标准规定试件达到破坏和终止试验的标准为已达到300次循环，便可终止试验；相对动弹性模量降到60以下或质量损失率达5，即表明试件已被冻坏。0034冻融试验结果见表6和表7。0035表6混凝土抗冻性能质量损失率测试结果00360037表7混凝土抗冻性能相对动弹模量测试结果00380039从上述数据可知，在掺入一定量的水洗预处理焚烧飞灰后。
14、混凝土的抗冻性能相较于基准组都有较大程度的提高，其相对动弹模量以及质量损失率均低于基准组，由于其与粉煤灰的复掺叠加效应，混凝土的强度相较于基准组差别不大甚至能在一定程度上提高早期强度，因此，可以认为粉煤灰以及水洗预处理垃圾焚烧飞灰在复掺情况下其填充效应和二次水化效应效果显著，可见本发明中提出的利用水洗预处理焚烧飞灰来提高混凝土的抗冻性能是十分有效的。0040混凝土参考配合比混凝土的基本性能0041表8、表9分别为参考配合比混凝土的初终凝时间以及坍落度和坍落度保留值，由于飞灰中含有可促进水泥水化的物质，使水化速度加快，因而凝结时间相应缩短；同样，混凝土的坍落度会随着飞灰掺量的增加而有所降低。但是。
15、，只有在掺量较高时以上两种效应才较为明显。因此，在实际使用中，当水洗预处理焚烧飞灰掺量较高时需要适当提高减水剂的用量。0042表8混凝土初、终凝时间0043说明书CN104310880A5/6页70044表9混凝土坍落度及坍落度保留值/MM00450046表10为三种参考配合比混凝土的力学性能，从表中数据可以看出，参考配合比混凝土的早期强度相较于基准组的差别不大，这主要是由于随着水洗飞灰的掺入，在水化早期，虽然水泥含量减小，造成体系中C3S、C2S、C3A等矿物的减少，但少量的水洗飞灰在一定程度上会促进水泥的水化进程，因此早期强度相差不大。而在水化后期由于其本身具有一定的后期活性，且颗粒较水泥。
16、颗粒要细的多，飞灰水化反应增加的水化产物和未水化的颗粒填充于水泥水化生成物的间隙，使混凝土更加密实，这对混凝土的后期强度的发展是有利的，因此虽然水泥的含量降低了，但是混凝土的强度相较于基准组的变化不大，甚至在一定程度上能提高混凝土的早期强度。0047表10混凝土抗压强度/MPA00480049从以上数据可以看出，本发明所提出的方法在提高抗冻混凝土抗冻性能的同时还能保证其具有良好的工作性能和力学性能。0050参考配合比混凝土经过冻融后重金属浸出浓度的安全性评定0051通常水泥基材料对焚烧飞灰中的重金属固化能力十分优秀，能够符合国家相关的浸出规定，这是由于混凝土的主要水化产物为CSH凝胶，所以当使。
17、用水泥对垃圾焚烧飞灰进行固化时，焚烧飞灰中的一些重金属在水泥水化过程中，会同硅酸盐形成含钙的盐类或者取代CA2进入CSH凝胶中被禁锢，降低其在水相中的迁移率，使得重金属浸出毒性大大降低，此外，本发明在掺入粉煤灰后，通过其与水洗飞灰的复掺叠加效应使填充效果以及火山灰反应得到增强，产生了更多的CSH凝胶并促使混凝土内部孔结构更加密实，从而进一步提高了混凝土对重金属元素的固化能力。0052然而，由于抗冻融混凝土特殊服役环境的影响，当试样经受冻融后水化硅酸钙凝胶对重金属的吸附能力可能会减弱从而增加重金属浸出的风险，所以必须保证水泥及材料在受冻融的情况下仍能保证良好的金属固化能力。因此进一步考察了水泥基。
18、材料经100次冻融循环后水泥净浆试块中重金属的表面浸出情况，将预处理飞灰分别按水泥质量10、说明书CN104310880A6/6页820、30、40的掺比制成水泥净浆试块记作BX，X为掺量养护28天将试块装入1000ML聚乙烯瓶，按101液固比加入800ML去离子水，放入混凝土冻融循环箱中，参照HJ5572010固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法提取重金属浸出液测定重金属浓度水胶比为05，表11为水泥净浆试块在受到冻融循环100次破坏后其表面重金属元素的浸出含量。0053表11冻融后掺预处理飞灰水泥净浆重金属浸出浓度/MG/L00540055参考GB508532007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴。
19、别0056由表11可以得出，掺入预处理水洗焚烧飞灰的水泥基材料经过100次冻融循环后，其对飞灰中的重金属元素的固化能力保持良好，其表面重金属的浸出浓度仍远低于国家标准。0057综上所述，在掺入一定量的垃圾焚烧飞灰之后能够有效提高混凝土的抗冻融性能，其质量损失率和相对动弹模量的测试结果均优于不掺焚烧飞灰的试组，同时在冻融后水泥及材料对垃圾焚烧飞灰中的重金属元素仍能保证良好的固化效果，其浸出浓度大大低于国家有关标准。因此本发明中提出的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土的抗冻性能的方法安全、有效，具有良好的实用性和经济性。说明书CN104310880A1/1页9图1说明书附图CN104310880A。