[發明專利]一種利用水洗預處理垃圾焚燒飛灰提高混凝土抗凍融性能的方法

在審

• 申請號: 201410514111.4
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104310880A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 張賀;俞海勇;施惠生
• 申請（專利權）人: 同濟大學;上海建科檢驗有限公司
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B18/10
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 周云

技術領域

本發明屬建筑材料技術領域，具體涉及一種利用水洗預處理垃圾焚燒飛灰提高混凝土抗凍融性能的方法。

背景技術

混凝土的耐久性是指其抵抗環境介質作用并長期保持良好的使用性能和外觀完整性，從而維持混凝土結構的安全、正常使用的能力。其中，混凝土在飽水狀態下因凍融循環產生的破壞作用稱為凍融破壞，混凝土的抗凍耐久性(簡稱抗凍性)即是指飽水混凝土抵抗凍融循環作用的性能。混凝土處于飽水狀態和凍融循環交替作用是發生混凝土凍融破壞的必要條件，因此，混凝土的凍融破壞一般發生于寒冷地區經常與水接觸的混凝土結構物，如水位變化區的海工、水工混凝土結構物以及與水接觸部位的道路、建筑物勒腳、陽臺等。在我國東北、華北和西北地區的水利大壩，尤其是東北嚴寒地區的混凝土結構物，幾乎100％的工程局部或大面積地遭受不同程度的凍融破壞。混凝土凍融循環產生的破壞作用主要有凍脹開裂和表面剝蝕兩個方面，水在混凝土毛細孔中結冰造成的凍脹開裂使混凝土的彈性模量、抗壓強度、抗拉強度等力學性能嚴重下降，危害結構物的耐用性，因此為了提高混凝土結構的耐久性能，保證人民群眾財產及人身的安全，提高能源環境資源利用效率，研究提高混凝土的抗凍性有著極其重要意義。

通常情況下,混凝土的凍融破壞是一個極其復雜的物理變化過程,而且受許多因素的影響。(諸如:混凝土中孔隙的充水程度、水灰比、水泥品種及集料質量、含氣量、環境溫度以及反復凍融的次數等。)因此，對于混凝土凍融破壞的機理難以得出一致性的定論，主要有以下一些具有代表性的理論:冰的分離層理論、充水系數理論、滲透壓理論、水壓力理論、孔結構理論。上述幾種理論從不同角度闡述了混凝土凍融破壞的機理,盡管這些理論相互之間還有分歧,但是一般可以認為混凝土的凍融破壞是一個由表及里,先大孔后小孔的物理變化過程。由于水結成冰產生體積膨脹,在混凝土中形成內壓力，當這種內壓力超過混凝土所能承受的極限時,引起混凝土內部孔隙和裂隙不斷地發育,由小變大,由短變長,相互貫通,最終導致混凝土破壞。

傳統的提高混凝土抗凍性的方法主要有：嚴格控制水灰比、添加引氣劑、摻入適量的優質礦物摻合料以及采用樹脂浸漬混凝土四種。然而，這些方法都不可避免地提高了混凝土的生產成本，消耗了更多的自然資源。

焚燒飛灰主要化學組成是SiO₂、CaO、Al₂O₃和Fe₂O₃，與目前正在大量應用的高爐礦渣、粉煤灰等摻合料非常接近，且具有一定的活性，因而水化后期飛灰的二次反應產物填充了水泥的較大孔隙；另一方面，飛灰顆粒粒徑較細，使其在混凝土中能夠起到一定的填充微細孔的作用。因而混凝土中摻入飛灰能使混凝土內部的孔徑細化，降低了冰點，從而可以有效地改善混凝土的抗凍性能。

發明內容

本發明的目的在于提出一種合理利用水洗預處理垃圾焚燒飛灰提高混凝土抗凍性能的方法。

本發明利用水洗預處理垃圾焚燒飛灰提高混凝土抗凍融性能的方法，其技術方案為：用水泥、粉煤灰、砂、石和水配制混凝土，其特征在于，用經水洗預處理的垃圾焚燒飛灰替代5-20％質量分數的水泥。

所述經水洗預處理的垃圾焚燒飛灰主要化學組成是SiO₂、CaO、Al₂O₃和Fe₂O₃，且通過水洗預處理使飛灰的浸出毒性低于國家標準GB?5085.3-2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》。所述經水洗預處理的垃圾焚燒飛灰粒徑集中在3-55μm。

優選地，粉煤灰與水泥的質量比為17-20％。

優選地，所配制的混凝土中還添加有質量為水泥的0.5-1％的外加劑。所述外加劑主要為減水劑。

本發明利用水洗預處理垃圾焚燒飛灰代替部分水泥，并配以粉煤灰以及外加劑等材料進行復合改性，在保證混凝土力學性能的前提下，有效提高混凝土的抗凍性能，且使混凝土在遭受凍融破壞后的重金屬離子浸出符合國家相關的環境安全標準。本發明不僅為我國垃圾飛灰處置打開了一條新的出路，有效處理了廢棄物，改善了城市環境，節約了土地資源，同時也將為能耗巨大的建筑行業提供一條綠色環保之路，有利于推動全國垃圾焚燒飛灰的管理向“零填埋”、“零風險”方向發展，具有巨大的社會與經濟效益。

附圖說明

圖1為不同形狀飛灰顆粒SEM圖像。

具體實施方式

本發明中所用的水洗預處理垃圾焚燒飛灰的基本性能