养护温度及预处理方法对垃圾焚烧底灰混凝土性能的影响研究

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随着城市的发展,生活垃圾的数量正逐年增长。而焚烧发电又是我国垃圾处理的主要方式,因此城市生活垃圾焚烧底灰(MSWIBA)作为焚烧发电后的主要固体废弃物,其数量也必然会逐年增长。秉承着保护环境和废物再利用的目的,世界各国对底灰的资源利用进行了大量的研究,国内外学者发现底灰可以作为再生建筑材料来使用。利用建材的大量需求来消耗底灰是一个不错的方向。然而底灰自身强度不高,且含有部分活性金属和重金属,在使用前需要进行预处理来消除或减轻不利因素带来的影响。但我国对底灰的研究起步较晚,各方面的研究也还不完善。对于底灰在现实工程中的广泛应用还任重道远。本文旨在进一步完善对底灰的研究,提高底灰作为再生建材的利用效率。以成都片区的城市生活垃圾焚烧底灰为研究材料,将底灰作为掺合料替代水泥制成砂浆,研究不同养护温度对垃圾焚烧底灰再生砂浆力学及微观性能的影响。此外,提出一种新型的预处理方法,使用硅粉溶液浸渍处理底灰。处理后的底灰被作为天然河砂的替代材料,以不同的替代比例掺入混凝土中,并与对照组进行对比。探究了预处理方式的可行性,并得出处理后底灰对河砂的最佳替代率范围。最后,将底灰以30%替代率替代河砂的基础上,再将底灰微粉、矿渣和粉煤灰以不同的比例替代30%的水泥制成混凝土,测试了混凝土的力学和微观性能,得出性能最佳的混凝土配合比。本文得到的主要结论如下:(1)原状底灰成分复杂,物理指标中的吸水率和含水率都较高,而表观密度和堆积密度较小,压碎指标满足规范中Ⅱ类机制砂的标准,可以替代天然细集料。且化学成分与水泥类似,可以作为矿物掺合料来替代水泥。(2)无论是添加了底灰、粉煤灰或矿渣的砂浆,高温养护激发了砂浆的早期水化反应,加速了水化进程,提高了早期抗压强度。但早期水化产物生成过快,堆积不均匀,产生较大孔隙的同时也阻碍了中后期强度的发展。(3)养护温度的变化没有改变水化产物的种类,但影响了水化产物的数量。20℃养护条件下,砂浆基体较为均匀致密,而高温条件下的砂浆基体疏松多孔。相对于高温养护条件,在低温(20℃)条件下的水化产物结晶度更好。高温养护不仅加速了各水化产物的转化,更多的是影响水化产物的微观结构。(4)先用0.2mol/L的Na2CO3溶液将底灰浸泡处理10天。再以水:灰色粗硅粉:底灰为1:0.25:0.3的比例浸渍处理底灰24h的预处理方案是可行的。预处理后底灰的压碎指标达到Ⅰ类机制砂的标准。(5)将处理后的底灰替代天然河砂制成混凝土,采用处理后底灰的混凝土比采用未处理底灰的表现出更好的力学性能。这得益于处理后的底灰自身强度增强的同时,在混凝土中的黏结特性也较好。处理后底灰对天然河砂的最佳替代率范围为25%~35%。(6)在使用处理后底灰替代30%天然河砂的情况下,再将底灰、粉煤灰以及矿渣以不同的比例来替代30%的水泥制成混凝土。结果发现将底灰微粉:矿渣:粉煤灰以1:1:1的比例混合使用时的混凝土配合比最佳。
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