用废水处理渣制作混凝土 3页

2015年第11期(总第313期)混凝土实用技术Numb~11in2015(TotalNo．313)ConcretePRACTICALTECHNOLoGYdoi：10．3969／j．issn．1002—3550．2015．11．034用废水处理渣制作混凝土陈怡。谷晋川，樊志金(西华大学a．建筑与土木工程学院．b．食品与生物工程学院，四川成都610039)摘要：以某冶炼厂废水处理渣、水泥、粗骨料和细骨料为原料，进行混凝土制备试验研究。结果表明，在水胶比为40％、砂率为29％、废水处理渣为15％的条件下，可得到28d抗压强度大于C15的混凝土。在满足普通混凝土强度要求的前提下，所制备的混凝土浸出液中，重金属含量均达到GB5085-1996(危险废物鉴别标准》的要求，无二次污染。关键词：废水处理渣；普通混凝土；抗压强度；浸出液中图分类号：TU528．041文献标志码：A文章编号：1002—3550(2015)11—0126—03Preparationofconcr~ewithsewagetreatmentresiduesCHENYi，GUJinchuan，FANZhijin(a．ArchitectureandCivilEngineering；b．FoodandBiologicalEngineering，XihuaUniversity，Chengdu610039，China)Abstract：Thepreparationofconcretewiththerawmaterialsofsewagetreatmentresiduesfromasmeltingplant，cement，coarseaggre—gateandfineaggregatewasexperimented．Theresultsshowthattheconcretewiththe28dcompressivestrengthgreaterthanC15canbeobtained，whenthewater—binderratiois40％，thesandratiois29％，andthesewagetreatmentresiduesis15％．Onthepromiseofsaris—fyingtherequirementsofordinaryconcretestrength，thecontentsofheavymetalsintheleachingsolutionofthepreparedconcretecanmeettherequirementsinthe“IdentificationStandardforHazardousWastes”(GB5085-1996)，andwillnotcausesecondarypoilu—tion．Keywords：sewagetreatmentresidues；ordinaryconcrete；compressionstrength；leachingsolution设计试验，不仅用废渣制作混凝土，同时使产品浸出液达0引言到了国家标准。随着我国现代工业的迅猛发展，工业废渣的排放量也1试验原料与日俱增，废渣处理不当，将造成更大的环境污染。目前，我国工业废渣的主要去向为：一、在工厂附近堆放；二、1．1原料用于制煤渣、建筑材料；三、与垃圾一道运出市区。工业废(1)废水处理渣。试验所采用的废水处理渣由某冶炼渣的固体废弃物长期堆存不仅占用大量土地，而且会造成厂提供，废水处理渣成粉末状，粒度均匀。其粉晶x衍射对水系和大气的严重污染和危害。废渣与垃圾混合处分析结构如图1，通过对该图的分析所得废水处理渣成分理，忽略了工业废渣的特殊性，在处理过程中可能造成更见表1，其主要重金属含量见表2。由表1可知，废水处理大污染。渣中石膏含量最高，石膏是混凝土的重要组成成分之一，废渣中含有许多有用物质，通过各种加工处理可以把在混凝土凝结过程中起着缓凝剂的作用。由表2可知，废废渣变为有用的物质或能量，不但具有经济意义，而且还水处理渣中重金属含量最高的为Zn，Pb含量次之，Hg含有社会意义。废渣综合利用主要包括两个方面：一是尽量相对最低。可能多地回收渣中的有价金属；二是利用废渣制造各种有(2)水泥采用都江堰拉法基水泥有限公司生产的拉表1废水处理渣成分分析用的材料。废渣制造材料主要有生产矿渣水泥、炼铁、生产铸石及微型玻璃制品、生产隔热材料、生产砖瓦、生产农肥、用作筑路材料、用作除锈剂等。其中，用废渣制作普通混凝土，通过在建筑材料中添加废渣，既能节约其他材料，又能处理废渣。但是这些研究未对产品浸出液是否会污染环境的问题进行深入研究。本试验通过混凝土配合比收稿日期：2015—02—12基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2012AA062504)·126·nZnS：5％SiO2：5％CaCO3：1O％法基P·O42．5级水泥，初凝时间为118min，终凝时问为CaSO(H0)：55％CaSO0．67H2O：25％183min。其物理性质如表3。300025OO(3)细骨料。试验细骨料属于自然砂石，由成都郫县2000红光砂石厂提供，其物理性质见表4。15001000(4)粗骨料。由碎石组成，来自成都郫县红光砂石厂，500鼹鬻黎臻．其粒径在10～20mm占90％，密度为2830kg／m。OJl，I}，．～l⋯2试验方法{I1．{!1⋯’I：．．．i．．．．2．1重金属离子溶出试验方法102030405O固体材料中重金属离子溶出的室内试验方法可分为两图1废水处理渣XRD图谱类：一类为平衡试验，包括pH值控制下的各种“batch”表3水泥的物理性质表4细骨料物理性质抽出试验；另一类为非平衡试验，包括各种水流动速率下的“column”渗流试验和“monolithic”表面溶出试验。本次试验主要采取“batch”抽出试验方法中的最大溶出试验方法(NEN7341)，见表5。表5最大溶出试验方法(NEN7341)“batch”抽出试验的过程通常是，首先将小尺寸固体的模具中，隔24h拆模。材料与溶媒混合，然后搅动拌合物至规定时间，提取沥出(3)放人标准养护室养护并保持潮湿，养护时间为28d。液并分析其中的重金属离子含量。3试验结果与讨论2．2混凝土配合比设计2．2．1混凝土配合比的基本参数3．1混凝土抗压强度的测试试验根据JGJ55—2011《普通混凝土配合比设计规程》，当混混凝土制品的抗压强度测试结果见表7。凝土的设计强度等级小于C50时，配制强度计算式如式(1)：表7混凝土制品测试结果=k+1．645g(1)．。．式中：。——混凝土的配制强度，MPa；——混凝土设计龄期的抗压强度，MPa；．盯——混凝土抗压强度标准差，MPa。根据规程该值取4。根据国家标准规定，C15混凝土的28d抗压强度应在根据规程设计混凝土配合比，至少采用三个不同的配15MPa以上。从表7可以看出，按照JGJ55—2叭1《普通合比，试拌后进行混凝土强度试验，确定出以下4组基混凝土配合比设计规程》设计的四组混凝土均满足国家标本参数，见表6。准要求。其中，第1组达到的效果最好。所以推荐的配合表6混凝土配合比设计的基本参数比如下表8。表8较优混凝土配合比的设计参数3．2推荐配合比混凝土的浸出液试验2．2．2混凝土的制备采用(NEN一7341)在两种不同溶媒中分别测试最大(1)按照配合比称取适量的水泥，废水处理渣，细骨可能溶出试验。溶媒1：为pH=7值的离子交换水；溶媒2：料，粗骨料和水，人工搅拌均匀。用氢氧化钠溶液将pH调至4。针对Cu、Hg、Pb、Cd、As、(2)将搅拌好的料浆迅速装入15cm×15cmx15cmZn等重金属进行测试。浸出液检测结果见表9。·127·n表9推荐配合比混凝土浸出液检测结果ixg／L根据GB5085_3—2007《危险固废鉴别标准浸出毒性料作为原材料，按照推荐组的最佳配合比所制备的混凝土鉴别》可知，浸出液中任何一种危害成分的浓度超过标准满足设计和施工要求。所获得的混凝土28d抗压强度大浓度值，则该废物是具有浸出毒性的危险废物。由表9于C15，满足普通混凝土强度要求，可以进行综合利用。最数据对比标准浓度值分析可知，各组混凝土的重金属最大佳配合比的基本参数为：水胶比0．40，砂率29％，废水处理浸出液浓度均达标。按照推荐配合比所配制的废水处理渣渣15％。混凝土满足要求。(2)向混凝土中加入适量的废水处理渣，不会引起混3．3水泥固化分析凝土表面剥落，可起到缓凝剂的作用，有利于实际工程中废水处理渣混凝土原料拌和水后，水泥固化过程发生高温条件下所需时间较长的}昆凝土灌筑。的水合反应主要是：(3)通过模拟实际工程中的操作方式，按照推荐配合四种水泥熟料(主要为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙比制得的混凝土，浸出液各项指标均达到国家标准。以及铁铝酸钙)与水发生反应，生成水化硅酸钙、水化硫铝酸钙以及水化铁酸钙和氢氧化钙。发生的化学反应如参考文献：下：[13黄弘，唐明亮，沈晓冬，等．工业废渣资源化及其可持续发展与(1)硅酸三钙的水合反应水泥混凝土工业相结合走可持续发展之路[J]．材料导报，硅酸三钙水化反应快，放热量大。在常温下的水化反2006，2o(s)：455—458．应生成水化硅酸钙(C—S．H凝胶)和氢氧化钙，如式(1)。[2]童定文，曹智国．工业废渣加固土强度特性[J]．岩土力学，20133CaO·SiO2+nH2O=(8)：54—54．xCaO·SiO2·yH2O+(3一X)Ca(OH)2(1)I-3]牛晨亮，黄新，李战国，等．利用工业废渣固化软土的试验研究[J]．(2)硅酸二钙的水合反应环境工程学报，2009(1O)：1871—1871．c，s的水化与cs相似，其抗水性好，只不过水化速[4]王明玉，刘晓华，隋智通．冶金废渣的综合利用技术[J]．矿产综度慢，水化热小。合利用，2006(6)：28—31．(3)铝酸三钙的水合反应[5]中国科学院地质研究所．几种工业废渣的综合利用EJ]．环境保铝酸三钙的水化迅速，放热快且多。由于废水处理渣护，1981(1)：28—35．中含有石膏，在有石膏存在时，铝酸三钙开始水化生成高[6]周宏敏，柴俊，郭迪．绿色生态混凝土技术及其研究现状EJ]．混硫型水化硫酸钙(AFt)，如式(2)。凝土，2008(5)：90—97．3CaO·A12O3+3(CaSO4·2H20)+26H2O=[7]周世华，王迎春，苏杰，等．混凝土中重金属离子溶出试验方法3CaO·A12O3·3CaSO4·32H2O(2)当石膏耗尽时，铝酸三钙还会与钙矾石反应生产单硫的评述[J]混凝土，2009(7)：8—9．型水化硫铝酸钙(AFm)，如式(3)。[8]JGJ55一_20l1，普通混凝土配合比设计规程[s]．北京：中国建3CaO·ALl2O3·3CaSO4·32H2O+2(3CaO‘Al2O3)+筑工业出版社，2011．4H2O=3(3CaO·A12O3·CaSO4·12H2O)(3)[9]GB5085．3—2O07，危险废物鉴别标准一浸出毒性鉴别[s]．国水化硫酸铝钙会导致固化体膨胀和破裂。但是，由试家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局，2007(4)．验结果可知，废水处理渣中含有的石膏并不足以引起混凝[10]牛福生，吴海军，吴根，等．铁尾矿地砖的制备及其机理分析[J]．再土表面剥落。同时，还起到了缓凝剂的作用，有利于实际工生资源研究2007(4)：43—44．程中高温条件下连续灌筑混凝土、大体积混凝土、预拌?昆[11]宁平．固体废物处理与处置[M]．北京：高等教育出版社，2007凝土和泵送混凝土等。(1)：115—119．(4)铁铝酸四钙的水合反应第一作者：陈怡(1992一)，女，在读研究生。CAF的水化速率比cA略慢，水化热较低，即使单联系地址：成都市金牛区金局路999号西华大学能动学院(610039)独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与CA很联系电话：18780107312相似。通讯作者：谷晋川(1964一)，男，博士，教授，主耍从事环境工程4结论治理技术和环境材料研究。联系电话：13648090701(1)研究表明，采用废水处理渣、水泥、细骨料和粗骨-128·