免烧污泥陶粒制备及其性能优化研究

打开文本图片集

中图分类号 TU523 文献标识码 A

0引言

据统计，我国每年清理出的河道污泥量超过10亿 m3[1]， 污泥长期累积将导致河道游积，污染河流生态.污泥中含有各种有机和有害物质，如持久性有机污染物、重金属和病原体.污泥管理不当会导致严重的环境污染，并对公众健康构成风险[2-5.处理河道污泥需花费巨大人力与财力，且传统处理方法难以有效清理其中有害物，通常需多次人工清理.疏浚是我国治理河道污泥的一种常见方法，但疏浚后河道淤泥中通常含有大量重金属、病原体和难以降解的有机物，易引发河湖富营养化.其它处理方式，如填埋、吹填和焚烧等，不仅占用大量土地，还会对生态环境造成严重破坏6-7.

将污泥转变为建筑材料是一种潜在的资源化利用途径.陶粒作为一种常用建筑材料，具有密度低、孔隙率高、抗冻性良好等优点8.许多研究证明，一些建筑材料可以用固体废物制成的骨料代替[9-10.然而，传统污泥陶粒制备工艺复杂，需要高温烧制，不仅制作成本高，且能源消耗大，环境污染重.本文采用多种方式探索污泥制备免烧高性能陶粒的工艺.碳酸氢铵易分解产生二氧化碳[12]，能提高陶粒内部孔隙率，是免烧陶粒的常用造孔剂.木屑和空心玻璃微珠具有轻质的特性[13-14]，在免烧陶粒中加入木屑和空心玻璃微珠可提高陶粒孔隙率，降低堆积密度.由于污泥不具备粘结性，因此水玻璃和水泥常被用于制备免烧陶粒的粘结剂.加入掺合料会显著降低免烧陶粒的强度，因此，为改善免烧陶粒强度，硅灰等物质也常被用来提高陶粒的筒压强度.本文通过掺入碳酸氢铵、水玻璃、木屑、硅灰等掺和物优化免烧陶粒的性能，包括堆积密度、吸水率和筒压强度.研究成果为建筑污泥、河道污泥安全处置和建材化利用提供了一种经济、有效的工艺.

1试验

1.1 原材料

水泥采用塔牌水泥P.O.42.5，硅灰等级为SF92，平均粒径 0.1～0.3μm ，相关化学成分见表1；水为自来水；污泥来自当地污泥，相关化学成分见表2；水玻璃为水溶性硅酸钠，选用SSSP-28品种；碳酸氢铵溶液通过自来水与碳酸氢铵固体按不同浓度配比得到；木屑采用松木木屑粉，粒径在 0.2mm 以下，密度为 600kg/m3 ；空心玻璃微珠粒径为 60μm ，堆积密度为 250kg/m3 .橡胶颗粒采用150目废弃旧轮胎橡胶粉.防水材料采用雨虹防水喷涂剂.生物炭为200目植物秸秆性. 2.1～2.4 的实验各材料配合比见表3，其中主料是指污泥与水泥按一定配合比混合料.

1.2 试验方法

本文主要研究了免烧陶粒的堆积密度、 1h 吸水率和筒压强度，上述指标均参照《轻集料及其试验方法（第2部分）：轻集料试验方法》（GB/T17431.2-2010）进行.堆积密度通过取适量烘干陶粒试样，计算其重量后除以容量筒体积，得到试件的堆积密度.吸水率通过烘干陶粒式样称重并放入水中浸泡，吸水 1h 后先过筛滤水，后用毛巾沥干表面水分，进行二次称重后按公式计算吸水率.筒压强度通过取烘干陶粒装入带筒底承压筒至高出筒口，放在混凝土试验台上振动后再装入陶粒，再次振动，齐筒口刮（或补）平陶粒，装上导向筒和冲压模后将承压筒放在压力机下压板处，以 400N 的速度匀速加载，记录下压入深度为 20mm 时的压力值。（剩余8895字）