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可再生资源城市垃圾焚烧灰应用性机理研究

文档作者：徐卫星1 程彦2 高路恒1 文档来源： 1．江苏S-程职业技术学院 2．北京建工国际建设工程有限责任公司		点击数：	更新时间： 2025年09月28日
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86
施工技术
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2017年3月下
第46卷第6期
DOI：10．7672／s西s2017060086
可再生资源城市垃圾焚烧灰应用性机理研究术
徐卫星1，程彦2，高路恒1
(1．江苏S-程职业技术学院，江苏南通226007；2．北京建工国际建设工程有限责任公司，北京100055)
[摘要]主要针对可再生资源城市垃圾焚烧灰工程应用的本构机理进行研究，通过对城市垃圾焚烧灰主要组成成
分、化学性能等分析研究稳定化处理新技术、新方法，进一步研究垃圾焚烧灰的辅助胶凝作用，并对垃圾焚烧灰在
工程应用中影响胶凝性的各类因素进行说明。
[关键词]可再生资源；垃圾焚烧灰；应用机理；固化稳定；催化作用；辅助胶凝
[中图分类号]TU502 [文献标识码]A [文章编号]1002—8498(2017)06-0086-03
The Research on Application Mechanism of Renewable
Resources City Garbage Incineration Ash
Xu Weixin91，Cheng Yan2，Gao Luhen91
(1．Jiangsu Engineering Professional Technology Institute，Nantong，Jiangsu 226007，China；
2．BCEG International Co．，Ltd．，Bering 1 00055，China)
Abstract：This paper studied application constitutive mechanism of renewable resources city garbage
incineration ash engineering．Through the new methods such as urban refuse incineration ash main
composition and chemical properties，waste incineration ash auxiliary gelation was further studied，
various kinds of factors affecting gelling property of waste incineration ash in engineering application were
introduced．
Key words：renewable resources；garbage incineration ash；application mechanism；stable curing；
catalysis；auxiliary gelation
0 引言
近年来，随着城市化进程越来越快，城市垃圾
的产生量日益增加，已对环境造成越来越大的影
响。为了资源合理化再利用，对垃圾焚烧灰的化学
成分分析表明：底灰的主要成分为SiO：，A1：O，，
CaO，Fe：O，和未燃尽的炭，其中主要组成为SiO：占
34．32％～49．53％，CaO占15．66％～35．23％，
A120，占8．59％～13．54％，Fe20，占5．28％～
10．23％；其次还含有Na：O，K：O，MgO等。在美国
和荷兰，底灰(或混合灰渣)被用作混凝土中的部分
替代骨料。最常见的是将底灰、水、水泥及其他骨
料按一定比例制成混凝土砖，相关技术在美国已有
商业化应用。
1垃圾焚烧灰稳定化处理技术
十住房城乡建设部科学技术项目基金(2016-K4-070)；江苏省高校
自然科学研究面上项目资助(16KJB610015)
[作者简介】徐卫星，研究员级高级工程师，E-mail：372841050@
qq·corn
[收稿日期]2016-12-02
当前，焚烧处理是有效解决城市垃圾最有效的
办法。未来城市发展与环境保护将成为国家战略
之一，合理解决城市发展与环境破坏之间的矛盾迫
在眉睫。据不完全统计，全球每年产生的城市生活
垃圾高达3 000万t，垃圾资源化合理利用将成为循
环发展的主要途径。
1．1 固化稳定性
垃圾焚烧技术在我国已经是较成熟的技术，垃
圾焚烧最终产生的残渣物将占垃圾总量的20％一
30％，其中底灰的质量占15％～25％，所占份额较
大，并且底灰是无害的，可以直接再利用；另外一部
分残渣物是飞灰，约占5％左右，垃圾焚烧产生的飞
灰含有大量的Cd，Pb，Hg，Cr，Zn，Cu等重金属有害
杂质，不可以直接再利用，需要进行一系列工序固
化稳定后再应用。飞灰中重金属毒性控制标准如
表1所示。
国内外对垃圾焚烧飞灰控毒固化处理技术主
要有4类：水泥固化技术、沥青固化技术、熔融固化
技术以及化学药剂固化技术等。目前，结合资源化
万方数据
徐卫星等：可再生资源城市垃圾焚烧灰应用性机理研究87
表1飞灰中重金属毒性控制标准
Table 1 The toxicity control standards of heavy
metals in fly ash mg·L
综合利用技术使得水泥固化技术成为最主要、最有
效的办法之一。
1．2无害化处理技术
固化处理是实现垃圾焚烧灰无害化处理技术
的有效途径，主要目标是控制垃圾焚烧飞灰在后期
处理阶段重金属的溶出概率。
水泥固化处理技术是较传统的处理方法，主要
是将垃圾焚烧飞灰与水泥、石灰等胶凝材料混合，
加入一定量的水充分搅拌，使其产生一定程度的反
应，由固化作用将垃圾焚烧飞灰中的重金属进行稳
定化、无毒化处理。
水泥固化技术的形成机理可以归纳为：水泥作
为一种强大的胶凝材料，在水泥与水发生水化的过
程中，垃圾焚烧飞灰中的重金属将会出现吸附、化
学吸收、沉降、离子交换、钝化等一系列稳定化物
理、化学反应，最终以氢氧化物或络合物的形式停
留在水泥水化形成的水化硅酸盐胶体C．s．H表面，
同时水泥的加入也为重金属提供了碱性环境，抑制
了重金属的渗滤。
2垃圾焚烧灰辅助胶凝性
水泥固化处理技术中，水泥的水化反应为垃圾
焚烧灰这种特殊物质提供了良好的催化条件。水
泥、垃圾焚烧灰、水等物质混合反应实质上将再一
次生成具有某种胶凝或半胶凝的混合物。因此，垃
圾焚烧灰本身也具有一定的胶凝作用，称为辅助胶
凝作用，这将为垃圾焚烧灰的资源化综合利用提供
可靠的理论基础。
垃圾焚烧灰辅助胶凝性将经历3个阶段逐步形
成，主要包括微观溶解阶段、胶凝孕育阶段及胶凝
催化阶段等3个阶段推演形成，表2给出了垃圾焚
烧灰胶凝性发展阶段性特征。
表2胶凝性发展阶段性特征分析
Table 2 AnaLysis of characteristics of gel
development stage
2．1微观溶解阶段
垃圾焚烧灰与水泥水化胶凝物之间的反应需
要一定的过程。通过微观物理试验观测出，起初的
垃圾焚烧灰颗粒物将会溶解于水泥胶混合物中，形
成具有半胶凝性的混合物，垃圾焚烧灰胶凝作用微
观溶解期的结构如图1所示。
图1微观溶解期示意
Fig．1 The micro dissolved phase
垃圾焚烧灰部分不溶性残渣将会以某种稳定
形态悬浮于半胶凝混合物中，该阶段持续时间不
长，主要与水泥水化作用的催化条件有很大的关
系。因此，微观溶解阶段直接影响水泥固化作用的
程度。
2．2胶凝孕育阶段
垃圾焚烧灰在微观溶解阶段过后，在水泥水化
放热的催化作用下，融于水泥胶体中的垃圾焚烧灰
发生质的变化，在水泥水化作用催化下垃圾焚烧灰
颗粒将会出现很短暂的化学反应，形成另一种胶凝
材料，但在水泥胶的包裹下，该种反应也会出现“假
凝”现象，此过程是垃圾焚烧灰颗粒物胶凝水化反
应的孕育阶段。垃圾焚烧灰胶凝作用孕育期的结
构如图2所示。
图2胶凝孕育期示意
Fig．2 Gelation incubation period
2．3胶凝催化阶段
随着水泥水化程度的加大，垃圾焚烧灰“假凝”
现象成为现实，此时的垃圾焚烧灰将在水泥水化高
温、高湿的催化环境下进一步发生反应，水泥、垃圾
焚烧灰、水将会共同形成某种真正意义上的胶凝材
料。但由于垃圾焚烧灰中存在一定量的不溶物，使
得垃圾焚烧灰只能被认定为半胶凝材料，垃圾焚烧
灰胶凝作用催化期的结构如图3所示。
3影响垃圾焚烧灰胶凝作用形成的主要因素
垃圾焚烧灰的半胶凝作用的形成条件主要取
决于垃圾焚烧灰在与水泥胶反应过程的形成环境
万方数据
88 施工技术第46卷
图3胶凝催化期示意
Fig．3 Gelation catalytic phase
因素，主要有固化作用催化剂的选择、催化环境的
控制以及潜伏期的影响等因素。
3．1催化剂的选择
垃圾焚烧灰固化处理的催化剂主要取决于水
泥、石灰、高炉渣、磷酸盐、硫酸亚铁等黏合剂的种
类，品种的选择也会直接影响垃圾焚烧灰胶凝作用
形成的程度。另外，掺入量的多少也会影响垃圾焚
烧飞灰中重金属的固化程度。
Polettini-41研究了在水泥固化过程中加入
Na，SiO，或CaCl：添加剂来减少飞灰对水泥硬化的
影响，试验表明：对于Si，A1含量高，Na，K含量低的
电除尘飞灰，当掺和量在30％时，所得到混合物的
初凝与终凝时间与水泥相似(372，472min)；当飞灰
含量高达50％时，水泥的硬化过程在允许范围内有
所延迟。
3．2催化过程环境因素
垃圾焚烧灰胶凝作用的形成比较关键的因素是
水泥、石灰、高炉渣、磷酸盐、硫酸亚铁等黏合剂在水
化过程中的反应状态。当采用水泥固化处理技术对
垃圾焚烧灰进行固化处理时，水泥品种的选择、水泥
水化放热的大小及速率、水泥水化过程静停时间的控
制等对垃圾焚烧灰胶凝作用有很大影响。
针对垃圾焚烧灰胶凝作用形成的阶段性，应重
点控制垃圾焚烧灰微观溶解期的投料时间，对垃圾
焚烧灰的投料量也应分阶段进行，确保水化的时机
与垃圾焚烧灰颗粒溶解量之间的协调性。
4 结语
本文通过对垃圾焚烧灰工程应用机理的研究，
为实现垃圾焚烧灰资源化综合利用提供一定的理
论性借鉴，对解决城市发展与环境保护之间的矛盾
具有一定的价值。
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版社，2006．
(上接第82页)
b
d
图1模拟试验
Fig．1 Simulating test
振、尺寸偏差和跑浆等质量问题；自密实混凝土取
消了振捣，降低了噪声污染，改善了员工的工作环
境和周边居民的生活环境；取消了混凝土振捣器，
也提高了施工效率，节省了能源和人工成本。
自密实混凝土在狭小空间的运用具有明显优
势，如何进一步提高浇筑速度，降低原材料成本，如
何在高强和大体积等高性能混凝土中全面推广应
用，尚有进一步研究的空间。
参考文献：
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