用废水处理渣制作混凝土

《混凝土》杂志2015年第11期  转载请注明出处

【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GB 5085—1996《危险废物鉴别标准》的要求,无二次污染。 更多

随着我国现代工业的迅猛发展，工业废渣的排放量也与日俱增，废渣处理不当，将造成更大的环境污染[[i]]。目前，我国工业废渣的主要去向为：一、在工厂附近堆放；二、用于制煤渣、建筑材料；三、与垃圾一道运出市区。工业废渣的固体废弃物长期堆存不仅占用大量土地，而且会造成对水系和大气的严重污染和危害[[ii]]。废渣与垃圾混合处理，忽略了工业废渣的特殊性，在处理过程中可能造成更大污染。

废渣中含有许多有用物质，通过各种加工处理可以把废渣变为有用的物质或能量，不但具有经济意义，而且还有社会意义[[iii]]。废渣综合利用主要包括两个方面，一是尽可能多地回收渣中的有价金属;二是利用废渣制造各种有用的材料[[iv]]。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[[v]]。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。本文通过混凝土配合比设计实验，不仅用废渣制作混凝土，同时使产品浸出液达到了国家标准。

1 实验原料

1.1 原料

(1)废水处理渣。实验所采用的废水处理渣由某冶炼厂提供，废水处理渣成粉末状，粒度均匀。其粉晶X衍射分析结构如图1，通过对该图的分析所得废水处理渣成分见表1，其主要重金属含量见表2。由表1可知，废水处理渣中石膏含量最高，石膏是混凝土的重要组成成分之一，在混凝土凝结过程中起着缓凝剂的作用。由表2可知，废水处理渣中重金属含量最高的为Zn，Pb含量次之，Hg含量相对最低。

表1  废水处理渣成分分析

Table 1  Analysis of composition of the waste water treatmentresidues

表2  废水处理渣中的重金属含量

Table 2  The content of heavy metals in waste watertreatment residues

（mg/Kg）

  (2)水泥。采用都江堰拉法基水泥有限公司生产的拉法基普通硅酸盐水泥P.O42.5，初凝时间为118 min, 终凝时间为183 min。其物理性质如表3。

表3  水泥的物理性质

Table 3  physical properties of cement

   (3)细骨料。实验细骨料属于自然砂石，由成都郫县红光砂石厂提供，其物理性质见表4。

表4  细骨料物理性质

Table 4  physical properties of fine aggregate

   (4)粗骨料。由碎石组成，来自成都郫县红光砂石厂，其粒径在10-20mm占90%，密度为2830kg/m³。

2 实验方法

2.1 重金属离子溶出实验方法

    固体材料中重金属离子溶出的室内实验方法可分为两类[[i]]：一类为平衡实验，包括pH值控制下的各种“batch”抽出实验；另一类为非平衡实验，包括各种水流动速率下的“column”渗流实验和“monolithic”表面溶出实验。

本次实验主要采取“batch”抽出实验方法中的最大溶出实验方法（NEN7341），见表5。

表5  最大溶出实验方法（NEN7341）

Table 5  The maximum dissolution test method

    “batch”抽出实验的过程通常是，首先将小尺寸固体材料与溶媒混合，然后搅动拌合物至规定时间，提取沥出液并分析其中的重金属离子含量[[ii]]。

2.2 混凝土配合比设计

2.2.1 混凝土配合比的基本参数

    根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011），当混凝土的设计强度等级小于C60时，配制强度公式如下：

Ƒcu,o =ƒcu,k+1.645σ

式中：Ƒcu,o——混凝土的配制强度，MPa;

      ƒcu,k——混凝土设计龄期的抗压强度，MPa；

      σ——混凝土抗压强度标准差，MPa。根据规程该值取4。

    根据规程设计混凝土配合比，至少采用三个不同的配合比，试拌后进行混凝土强度实验[[iii]]，确定出以下4组基本参数，见表6。

表6  混凝土配合比设计的基本参数

Table6  The basic parameters of concrete mixture ratiodesign

4 结论

（1）研究表明，采用废水处理渣、水泥、细骨料和粗骨料作为原材料，按照推荐组的最佳配合比所制备的混凝土满足设计和施工要求。所获得的混凝土的28d抗压强度大于C15，满足普通混凝土强度要求，可以进行综合利用。最佳配合比的基本参数为：水胶比40%，砂率29%，废水处理渣15%。

    （2）向混凝土中加入适量的废水处理渣，不会引起混凝土表面剥落，可起到缓凝剂的作用，有利于实际工程中高温条件下所需时间较长的混凝土灌筑。

    （3）通过模拟实际工程中的操作方式，按照推荐配合比制得的混凝土，浸出液各项指标均达到国家标准。

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