环境岩土工程学课件东南大学潘华良环境岩土工程学概论固体废物利用

第10章

固体废物利用研究弥补资源不足

减少固体废物量固体废物综合利用的途径很多，主要有这五个方面：①生产建筑材料；②提取有用金属和制备化学品；③代替某些工业原料；④制备农用肥料；⑤利用固体废物作为能源。

粉煤灰的利用

1.粉煤灰的组成粉煤灰的化学组成类似于粘土的化学组成，主要包括SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO和未燃尽炭。粉煤灰的化学成分被认为是评价粉煤灰质量高低的重要技术参数。例如，在研究工作和实际应用中常根据粉煤灰中CaO的含量高低，将其区分为高钙灰和低钙灰。CaO含量在20％以上的称为高钙灰，其质量优于低钙灰。2.粉煤灰的基本性质(1)粒度成分：粉煤灰颗粒尺寸一般在φ0.001～0.25mm变化之间，小于0.075mm的颗粒含量在60％～98％之间，比表面积一般分布在2000～3500cm2／g之间。(2)化学成分：一般粉煤灰的主要化学成分是SiO2、AlO3和Fe2O3，以及少量的CaO。(3)粉煤灰活性：粉煤灰由于含有活性SiO2和Al2O3，在石灰(或水泥)存在条件下，水化生成胶凝物质--水化硅酸钙和水化硅酸铝，能够硬化，这一过程称之为粉煤灰活性(或火山灰反应性)。一般粉煤灰中SiO2和Al2O3含量愈高，粒度成分愈细，活性愈高。(4)粉煤灰烧失量《公路粉煤灰路堤设计与施工技术规范》中，规定粉煤灰烧失量上限值不超过12％。10.2.3粉煤灰用作建筑材料目前，我国粉煤灰的大宗利用途径是生产建筑材料和回填，在建筑材料方面的利用，主要是自制粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土和生产粉煤灰烧结砖、粉煤灰蒸养砖、粉煤灰砌块、粉煤灰陶粒等。1.粉煤灰水泥粉煤灰硅酸盐盐水泥特性为为：对硫酸盐侵蚀和水侵蚀具有有抵抗能力，，对碱-集料反应能起起一定抑制作作用，水化热热低，干缩性性好。粉煤灰灰硅酸盐水泥泥的早期强度度不高，但其其后期强度不不断增加。2.粉煤灰混凝土土混凝土是以硅硅酸盐水泥为为胶结料，砂砂、石等为集集料，加水拌拌和而成的构筑材料料。粉煤灰混混凝土是用粉粉煤灰取代部部分水泥拌和和而成的混凝凝土。粉煤灰在路用用性质方面特特点：(1)自重轻。粉煤灰最大干干密度约为0.9～1.2g/cm3，均小于一般细细颗粒土。由于其质轻，，可以减少路堤沉降降和不均匀沉降。此外，在相相同条件下还还可以提高软软土地基的路堤极限高度度等。(2)强度较高。粉煤灰因其颗颗粒组成类似似于细粒土，，所以也具有有液、塑限、、最佳含水量量、最大干密密度等，可以以采用土工指标对粉粉煤灰的强度度进行评价。内摩擦角分别别为18o～33o和30o～42o，CBR值可达23.5，(中液限粉质黏黏土17.9，粉煤灰高出出约30％。)(3)压缩性小。据试验结果得得知，在采用用重型击实标标准压实度为为100％时，土与粉粉煤灰比较，，土的压缩系系数a1-2=0.24Mpa-1，而粉煤灰的压压缩系数a1-2=0.15Mpa-1，土的压缩系数数高出约40％～50％。因此，在在相同密实度度条件下，粉粉煤灰路堤的的压缩变形明明显低于土质质路堤。(4)击实特性良好好。一般情况下击击实试验中，，粉煤灰的含含水量与干密密度的关系趋趋于相对较平平缓，表明适适宜压实所需需含水量的变变化范围大，，幅度可达到到20％，容易压实实。即使是最最佳含水量相相差一半，干干密度仍可以以达到最佳值值的80％。粉煤灰施工含含水量较易控控制的特性，，给路基施工工带来方便，，更有利于雨雨季施工。(5)良好渗透性。。粉煤灰具有较较大渗透性，，在粉煤灰堆堆场中，堆高高后很容易沥沥干。粉煤灰的渗透透系数(10-5量级)是粉质黏土(10-7量级)的400—500倍。黏聚力小、毛毛细水作用影影响较大，雨雨水或内部渗渗流时易流失失，对路堤与与边坡的稳定定性产生一定定影响。2.粉煤灰路堤的的填筑10.2.5粉煤灰在基础础工程中应用用1.CFG桩的使用水泥粉煤灰碎碎石桩简称CFC桩，是在碎石石桩基础上加加进一些石屑屑、粉煤灰和和少量水泥，，加水拌和制制成的一种具具有一定黏结结强度的桩，，也是近年来来新开发的一一种地基处理理技术。CFG桩在受力特性性方面介于碎碎石桩和钢筋筋混凝土桩之之间。与碎石石桩相比，CFG桩桩身具有一一定的刚度，，不属于散体体材料桩，其其桩体承载力力取决于桩侧侧摩阻力和桩桩端端承力之之和或桩体材材料强度。当桩间土不能能提供较大侧侧限力时，CFG比桩复合地基基承载力高于于碎石桩复合合地基。2.粉煤灰水泥浆浆材灌浆灌浆法是指利利用液压、气气压或电化学学原理，通过过注浆管把浆浆液均匀地注注入地层中，，浆液以填充充、渗透和挤挤密等方式，，赶走土颗粒粒间或岩石裂裂隙中的水分分和空气后占占据其位置，，经人工控制制一定时间后后，浆液将原原来松散的土土粒或裂隙胶胶结成一个整整体，形成一一个结构新、、强度大、防防水性能好和和化学稳定性性良好的“结结石体”。主要作用在于于节约水泥、、降低成本和和消化三废材材料，具有较较大的经济效效益和社会意意义。10.2.6粉煤灰在农业业中应用粉煤灰农用包包括改良土壤壤和制备化肥肥。1.粉煤灰的改土土与增产作用用孔隙度,疏松，抑碱作作用,土层温温度的影响。。2.粉煤灰肥料10.3煤矸石的利用用煤矸石是含碳碳岩石和其他他岩石的混合合物，大致可可分三类：页岩类：如油油页岩、炭质质页岩、泥质质页岩和砂质质页岩等；泥岩类：如泥泥岩、炭质泥泥岩、粉砂质质泥岩和泥灰灰岩等；砂岩类：如泥泥质粉砂岩、、砂岩。10.3.2煤矸石的基本本性质1.煤矸石的工程程特性(1)颗粒组成煤矸石的粒度度分布范围较较大，从几十十厘米的块石石至0.1mm以下的细小颗颗粒，普遍含含有胶体成分分。煤矸石的粒度度分布的级配配一般较差粗粗大颗粒含量量普遍在60％以上，而粒粒径小于0.1mm的颗粒累积含含量大都在5％以下。(2)膨胀性及崩解解性水进入到矿物物的结晶格子子层间而引起起的膨胀煤矸石在水水中浸泡30d，崩解量达到到30％以上，有有较强崩解解性。(3)压缩性级配一般较较差(4)渗透性煤矸石的渗渗透性与压压密程度有有关。在煤煤矸石中添添加一定比比例的细颗颗粒含量有有助于矸石石压密性的的改善与渗渗透性的降降低。(5)煤矸石的水水稳性煤矸石和一一般的碎石石类土相比比存在水稳稳性较差的的特点，主主要反映在在其强度条条件和变形形性对于含含水量的变变化有较强强的敏感性性。(6)煤矸石的剪剪切强度煤矸石的内内摩擦角φ随密实程度度的增大而而增大，而而内聚力c却基本不变变。10.3.4煤矸石在高高速公路中中应用以徐州地区区的煤矸石石为例进行行重点探讨讨。徐州地区的的煤矸石的的堆存量达达到1000万t，徐州的贾汪汪区及铜山山县煤矸石石山到处可可见，侵占占大量的农农田，煤矸矸石山附近近的农田基基本上都是是黑色的碎碎石土。徐州地区煤煤矸石(1)活性成分(SiO2+Fe2O3+Al2O3)含量均超过过70％，经粉碎碎后具有一一定塑性，，其中硫酸酸盐含量低低于0.8％。(2)不含有膨胀胀性矿物成成分(3)级配良好，，细粒成分分含量较高高。(4)抗剪强度较较高，并随随着压实度度的增加而而增加(5)渗透系数较较小，能够够用作筑路材料。(6)压碎值指标标和承载比比指标显示示具有较好