论文总字数：23824字

摘 要

本文鉴于对环境保护的需要，将水泥固体废弃物的循环利用和对含重金属固体废弃物(垃圾焚烧飞灰)的无害化处理相结合，进行水化水泥基废料脱水相固化重金属研究。

论文主要研究内容为水泥固废通过不同温度煅烧得到具有不同再水化特性的脱水相，并对脱水相的性能、成分进行测定分析。同时，将其作为基体固化焚烧飞灰(IFA)，对胶凝材料-IFA进行性能分析，深入了解固化机理。

研究结果表明：水泥固废在不同温度煅烧脱水过程中具有不同的分解反应，此外，脱水相具有再水化性能，其再水化性能与脱水相数量、游离CaO有一定关系。在固化实验中，除基本的水泥基固化重金属机理，还包括Friedel盐相形成及飞灰活性反应机理等。

本文的特色：将两种固废协同处置，以达到飞灰的无害化和微粉的再生应用。

关键词：水泥固废；脱水相；再水化；重金属固化

Abstract

In view of the need of environmental protection，this paper combines the recycling of cement-based solid waste with the harmless treatment of heavy metal containing solid waste (solid waste incineration fly ash)，and studies the heavy metal solidification of dehydrated cement-based waste.

In this paper, the dehydrated phases with different rehydration characteristics were obtained by calcining cement solid waste at different temperatures, and the properties and components of the dehydrated phases were determined and analyzed. At the same time，it is used as binder to solidify the incineration fly ash (IFA)，and the performance of the binder-IFA is analyzed to understand the curing mechanism.

The research shows that the solid waste of cement has different decomposition reactions in the process of calcination and dehydration at different temperatures. In addition, the dehydrated phase has rehydration performance, which is related to the number of dehydrated phase and free CaO. In the solidification experiment, in addition to the basic mechanism of cement-based solidification of heavy metals, it also includes the formation of Friedel salt phase and the reaction mechanism of fly ash activity.

Characteristics of this paper: two kinds of solid wastes are disposed together to achieve harmless fly ash and regeneration of micro powder.

Key Words：Cement solid waste; dehydrated phase; rehydration; solidification of heavy metals

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 本论文的背景和意义 1

1.2 废弃混凝土再生利用研究现状 2

1.3 脱水相研究现状 4

1.4 水泥固废固化重金属研究现状 5

1.4.1 水泥固化重金属机理 5

1.4.2 对焚烧飞灰(IFA)的固化研究 6

1.5 本论文研究方法与内容 7

1.5.1 研究内容 7

1.5.2 研究方法 7

第2章 实验原料和实验方法 8

2.1 实验原料 8

2.2 实验方法 8

2.2.1 水化水泥固体废弃物的热处理 8

2.2.2 原材料性能测定 8

2.2.3 水化热测定 9

2.2.4 强度测量 9

2.2.5 水化产物研究 10

2.2.6 对IFA固化能力测定 10

第3章 结果与讨论 11

3.1 原材料性能 11

3.2 DCWs的脱水机理和再水化性能 12

3.2.1 DCWs的脱水机理 12

3.2.2 DCWs的再水化性能 13

3.2.3 水化产物 14

3.3 胶凝材料-IFA性能 15

3.4 CW和DCWs固化性能及机理 17

3.5 本章小结 19

第4章 总结与展望 21

4.1 总结 21

4.2 展望 21

参考文献 22

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 本论文的背景和意义

当今时代，建筑业发展迅猛，建设速度、规模不断提高，但同时建设、维修、拆除过程中产生的建筑垃圾也带来了更多的环境问题。建筑垃圾指人们在进行建筑生产活动中所产生的固体废弃物。据数据分析，每新建1万平方米的新建筑将排放500-600吨建筑废渣，每拆掉1万平方米的旧建筑，将排放7000-12000吨建筑废渣 ^[1]，其中废弃混凝土占建筑垃圾总量的 30%左右^[2]。可见在未来产生的建筑垃圾将会越来越多，所造成的环境问题也会日益严重。在我国，绝大部分的建筑垃圾是运至城郊和乡村进行填埋或者露天堆放，但这些建筑垃圾都含有有害成分或不符合处理规范，居民的生活起居和身心健康受到严重影响。不加处理的建筑垃圾随意堆放的后果则是：(1)盲目无序的堆放建筑垃圾使堆放场地面积越来越大，占地问题越来越严重，影响市貌和城市化进程。(2)一些建筑垃圾含有可浸出的重金属，处置不当，将对空气、土壤和水造成二次污染。(3)造成安全隐患。建筑垃圾的盲目堆放降低了土地调节水体、蓄水的能力，遇到暴雨等恶劣天气，地表不能及时排水泄洪，容易引发水灾等灾害。(4)空气污染。建筑材料的生产本就产生大量的CO₂，建筑垃圾的不处理也间接影响着温室效应。(5)垃圾滤液污染地下水体。由于建筑垃圾较坚硬且具有不规则形状，容易对垃圾拦截坝、防渗膜等造成破坏，滤液流入地下水体。又由于滤液流动缓慢和高浓度的特性，容易形成地下水的集中污染。

然而，由于城市化等原因，建筑业的发展只会越来越迅猛，怎么有效处理建筑垃圾显得尤为紧迫。其中，金属配件可经过拆分和分类集中进入冶炼厂回收冶炼，有机材料可以进行降解消除，混凝土等材料往往进行破碎，作再生骨料使用，但利用率还不够高，而混凝土作为比重最大的部分，因其多功能性、低成本和较好的机械性能，其仍然是世界上使用最广泛的建筑材料，每年在世界范围内的产量高达100亿吨^[3]，是地球上仅次于水的第二大消耗材料。所以，对于废弃混凝土的资源化利用成为科研领域的一个热点。另一方面，由于人类生产生活而产生的一些含有重金属的固体废弃物的处置也是生态文明发展的重点之一。

固体废弃物是以固态和泥状赋存的物质，不具有原使用价值，且是一系列社会活动中所丢弃的废物 ^[4]。生产活动中的生活垃圾和废弃处理设施的排弃物等是固体废弃物的主要来源。我国将固体废弃物分为三类: 工矿业固体废弃物、危险固体废弃物和城市固体废弃物(亦称城市垃圾) ^[4]。

在三种固体废弃物中，城市固体废弃物包括日用品垃圾以及建设拆迁形成的垃圾等，是最常见也是与生活最密切相关的废弃物。随着经济的快速发展和生活交通等方面的科技进步，城市生活垃圾产速增大，产量增多，且逐年呈上升趋势。而且经化学分析，其对生态环境和人类的身体健康造成的危害尤为严重，因为其组成成分复杂，含有如重金属汞、镉、铅等多种有毒有害物质，这些重金属随着长时间堆放，会腐烂渗入土壤，改变土质和土壤结构，影响土壤中微生物的活动，再经过生物循环间接进入人体。目前，我国城市固体废弃物处理的最主要方式是一般填埋，然而其并没有实现无害化的处理，已不符合如今可持续发展的要求和标准，因此，如何对城市固体废弃物中重金属进行固化、无害化处置，实现绿色、环保生态处置是一重要研究方向。

1.2 废弃混凝土再生利用研究现状

目前，大部分的废弃混凝土处理是将废弃混凝土块经过破碎机破碎，生成符合规定粒径的颗粒，再进行筛分分级，选出适用的粒径颗粒后，按不同的骨料配比混合，是一种是较为成熟的处理废弃混凝土的技术。该种技术称为再生骨料混凝土技术，其按骨料配比可简单的分为四种方式：(1)再生骨料全部替代粗细骨料；(2)再生骨料替代粗骨料；(3)再生骨料作细骨料；(4)再生骨料同时或部分替代部分粗骨料或部分细骨料。通过这样的替代方式可减少生产新骨料的需求，在环境保护和节能方面发挥着重要作用，生产的混凝土往往用作道路施工的底基层材料。

传统的再生骨料亦称为简单破碎再生骨料^[5]，其制备方法不进行砂浆组成的分离，仅对废弃混凝土进行简单的破碎，具备很大的缺点。具体表现为该种形式制备的骨料含有硬化水泥砂浆，其中砂浆不能充分的分离会造成骨料性能较差，同时生产出的骨料内部会产生大量微裂纹，造成表面粗糙，棱角多的特点，性能进一步减弱。除此以外，简单破碎筛分后的混凝土因强度等级不同制备的再生骨料的性能也不同，形成的产品质量参差不齐，不利于市场发展。为了充分利用废弃混凝土资源，必须对再生骨料自身性能的提升进行更多的研究。

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