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污泥在水泥混凝土工业中的应用

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论文导读：污泥是污水处理厂污水处理的二次产物。污泥在水泥混凝土工业中应用对环境的影响。用污泥制集料。用污泥制轻骨料。用污泥制掺和料。掺和料，污泥在水泥混凝土工业中的应用。

关键词：污泥，混凝土，集料，轻骨料，掺和料，生态水泥

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0引言

污泥是污水处理厂污水处理的二次产物，指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物，它含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等[1]。城市污水处理厂每天都产生大量需要处理的污泥。据统计，2007年，我国城市污水厂每年污泥产量500多万吨，且以每年10%的速度在增长[2]。现在70%以上是弃置，20%是填埋，不到10%的是通过堆肥等技术处理后回用于土地[3]。由于污泥中往往含有病菌和过量的重金属，没有经过无害化处理的污泥大量的弃置，最终作为资源用于土地，常常造成二次污染，严重影响了环境综合整治的实际成果。如何安全有效地处理污泥成为城市发展过程中亟待解决的一大难题。论文大全，掺和料。

从技术角度看，目前污泥处置方式主要有农用、填埋、焚烧、建材利用、热解、湿式氧化、高温熔化等几种[4]目前，污泥的建材利用已经被看作是一种可持续发展的污泥处置方式而在日本以及欧美国家逐渐发展起来[1]。随着污泥排放量的日益增加和人们对环境要求的不断提高，污泥的资源化利用近来备受关注，并且随着我国城市化进程的加快，水泥和混凝土的需求量也会日益增加，传统建材耗费大量自然资源，而自然资源有限。污泥大量在水泥混凝土工业中应用，不仅有利于污泥的无害化处理，同时可以节约土地和矿物资源。

1污泥在水泥混凝土工业中应用对环境的影响

污泥中含有大量的有害物质，最主要的是重金属。解决重金属污染问题是污泥在水泥混凝土工业中应用的关键。由于水泥高碱度的氢氧基，可将重金属转变成氢氧化物等低溶解性物质，从而将重金属截留，其主要原理可归纳为凝硬反应与水合反应两种。飞灰中的SiO2,A1203与水泥中Ca(OH)2发生凝硬反应，生成晶体状的钙铝盐类(C-A-H)以及钙硅胶体(C-S-H)，以填充水泥凝固时的微小孔隙，提高固结体强度和耐久性，同时降低固结体的透水性，反应形成的硅酸钙、铝酸钙等水合物胶体，随时间逐渐硬化最终形成结晶状态，将污泥的重金属离子包覆于结晶相中，形成稳定结构同时达到固结体的最终强度。由于水泥的这种固结作用，虽然污泥中含有一定量的重金属等有害物质，但可使固结体重金属浸出量小于国家标准，而且随着时间的延长，重金属浸出趋势将变小[5～7]。

2污泥在水泥混凝土工业中的应用

2.1用污泥制掺和料

2.1.1可行性分析

对于SiO2+A1203含量较高的污泥，我们可以考虑用来烧制绿色混凝土掺和料。对常温污泥和900oC焙烧污泥进行化学成分以及火山灰化学成分分析如表1[8]，分析其是否含有火山灰活性材料所必须具备的化学成分，表明:经900oC高温焙烧后，污泥中的主要无机物总量从52.8%提高到89.2%，特别是SiO2+A1203+Fe2O3，总量高达76.2%，很接近火山灰SiO2+A1203+Fe2O3含量[9]。分析可知，SiO2+A1203+Fe2O3含量较高的污泥，只要在高温焙烧或焚烧后进行快速冷却，就可形成足够多的活性SiO2和活性A1203[9]，从而使污泥具有较高的火山灰活性。新加坡的Tay-J.H研究表明污泥灰替代一部分水泥并不会降低混凝土的强度，而且在一定范围内还有利于混凝土强度的提高[10]。HamernikandFrantz[11]研究了不同种类的污泥灰，根据ASTM标准，发现污泥灰类似于C级火山灰。所以用污泥制掺和料是可行的。

表1常温和焙烧后的污泥以及火山灰化学成分%

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材料

化学成分

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

Fe2O3

Na2O

干化污泥

35.1

7.2

5.4

1.8

2.8

0.5

污泥灰

52.8

15.7

8.7

4.3

7.7

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火山灰

54.0

26.6

2.6

0.6

6.0

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2.1.2增加污泥灰火山灰活性的途径

污泥作为掺和料是可行的，但污泥灰的火山灰活性与粉煤灰、矿渣相比较低。要想广泛大量在混凝土中应用污泥掺和料，增加污泥灰的火山灰活性是关键。我们可以通过以下途径增强污泥灰的火山灰活性：

（1）细磨。Shih-ChengPana和Dyi-HwaTseng[12]研究表明通过细磨，污泥灰颗粒的表面积增加，污泥的火山灰活性显著提高，从而使污泥混凝土的强度提高。他们还研究得出，污泥灰表面积每增加100m2/kg，其活性指数将增加5%，而且随着污泥颗粒表面积的增加，其“滚珠效应”和“形态效应”也显著提高，从而使掺有污泥掺和料的水泥浆体工作性能明显提高。

（2）控制焚烧温度和焚烧时