環(huán)境巖土工程學(xué)課件-東南大學(xué)-潘華良環(huán)境巖土工程學(xué)概論-10固體廢物利用研究電子版本

1、第10章固體廢物利用(lyng)研究第一頁，共31頁。q彌補(bǔ)(mb)資源不足 q減少固體廢物量第二頁，共31頁。q固體廢物綜合利用的途徑很多，主要有這五個方面：q生產(chǎn)(shngchn)建筑材料；q提取有用金屬和制備化學(xué)品；q代替某些工業(yè)原料；q制備農(nóng)用肥料；q利用固體廢物作為能源。 第三頁，共31頁。粉煤灰的利用(lyng) 第四頁，共31頁。1.粉煤灰的組成(z chn)q粉煤灰的化學(xué)組成類似于粘土(zhn t)的化學(xué)組成，主要包括SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO和未燃盡炭。第五頁，共31頁。粉煤灰化學(xué)成分的變化范圍及典型粉煤灰的化學(xué)成分 典型粉煤灰的化學(xué)成分() 化學(xué)成分 我國粉煤

2、灰化學(xué)成分的一般變化范圍() 美國粉煤灰化學(xué)成分的變化范圍() 低鈣灰粉煤灰(F 級灰) 高鈣灰粉煤灰(C 級灰) SiO2 4060 1070 54.9 39.9 Al2O3 1735 838 25.8 16.7 Fe2O3 215 250 6.9 5.8 CaO 110 0.530 8.7 14.3 MgO 0.52 0.38 1.8 4.6 SO3 0.12 0.13 0.6 3.3 Na2O 及K2O 0.54 0.416 0.6 1.3 燒失量 126 0.330 第六頁，共31頁。q粉煤灰的化學(xué)成分被認(rèn)為是評價粉煤灰質(zhì)量高低的重要技術(shù)參數(shù)。q例如，在研究工作和實(shí)際(shj)應(yīng)用中常

3、根據(jù)粉煤灰中CaO的含量高低，將其區(qū)分為高鈣灰和低鈣灰。CaO含量在20以上的稱為高鈣灰，其質(zhì)量優(yōu)于低鈣灰。第七頁，共31頁。2.粉煤灰的基本(jbn)性質(zhì)q(1)粒度成分：q粉煤灰顆粒尺寸一般(ybn)在0.0010.25mm變化之間，小于0.075mm的顆粒含量在6098之間，比表面積一般(ybn)分布在20003500cm2g之間。 q(2)化學(xué)成分：q一般(ybn)粉煤灰的主要化學(xué)成分是SiO2、AlO3和Fe2O3，以及少量的CaO。第八頁，共31頁。q(3)粉煤灰活性：q粉煤灰由于含有活性SiO2和Al2O3，在石灰(或水泥)存在條件下，水化生成膠凝物質(zhì)-水化硅酸鈣和水化硅酸鋁，能

4、夠硬化，這一過程稱之為粉煤灰活性(或火山灰反應(yīng)性)。q一般粉煤灰中SiO2和Al2O3含量愈高，粒度成分愈細(xì)，活性愈高。 q(4)粉煤灰燒失量q公路粉煤灰路堤設(shè)計(shj)與施工技術(shù)規(guī)范中，規(guī)定粉煤灰燒失量上限值不超過12。第九頁，共31頁。10.2.3粉煤灰用作建筑材料q目前，我國粉煤灰的大宗利用途徑是生產(chǎn)建筑材料和回填，在建筑材料方面(fngmin)的利用，主要是自制粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土和生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚、粉煤灰蒸養(yǎng)磚、粉煤灰砌塊、粉煤灰陶粒等。第十頁，共31頁。1.粉煤灰水泥(shun)q粉煤灰硅酸鹽水泥特性為：q對硫酸鹽侵蝕和水侵蝕具有抵抗能力，對堿-集料反應(yīng)(fnyng)能起一定

5、抑制作用，水化熱低，干縮性好。粉煤灰硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度不高，但其后期強(qiáng)度不斷增加。第十一頁，共31頁。2.粉煤灰混凝土q混凝土是以硅酸鹽水泥為膠結(jié)料，砂、石等為集料，加水拌和而成的構(gòu)筑材料。粉煤灰混凝土是用粉煤灰取代(qdi)部分水泥拌和而成的混凝土。第十二頁，共31頁。粉煤灰在路用性質(zhì)(xngzh)方面特點(diǎn)：q(1)自重輕。q粉煤灰最大干密度約為0.91.2g/cm3，均小于一般細(xì)顆粒土。由于其質(zhì)輕，可以減少路堤沉降和不均勻沉降。此外，在相同條件下還可以提高軟土地(td)基的路堤極限高度等。 q(2)強(qiáng)度較高。q粉煤灰因其顆粒組成類似于細(xì)粒土，所以也具有液、塑限、最佳含水量、最大干密度等，

6、可以采用土工指標(biāo)對粉煤灰的強(qiáng)度進(jìn)行評價。q內(nèi)摩擦角分別為18o33o和30o42o，CBR值可達(dá)23.5，(中液限粉質(zhì)黏土17.9，粉煤灰高出約30。)第十三頁，共31頁。q(3)壓縮性小。q據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得知，在采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度為100時，土與粉煤灰比較，土的壓縮系數(shù)a1-2 = 0 . 2 4 M p a - 1 ， 而 粉 煤 灰 的 壓 縮 系 數(shù) a 1 -2=0.15Mpa-1，土的壓縮系數(shù)高出約4050。因此，在相同密實(shí)度條件下，粉煤灰路堤的壓縮變形明顯低于土質(zhì)路堤。q(4)擊實(shí)特性良好。q一般情況下?lián)魧?shí)試驗(yàn)中，粉煤灰的含水量與干密度的關(guān)系趨于相對較平緩，表明適宜壓實(shí)所需含水量

7、的變化范圍大，幅度可達(dá)到20，容易壓實(shí)。即使是最佳含水量相差一半，干密度仍可以達(dá)到最佳值的80。q粉煤灰施工(sh gng)含水量較易控制的特性，給路基施工(sh gng)帶來方便，更有利于雨季施工(sh gng)。第十四頁，共31頁。 q(5)良好滲透性。q粉煤灰具有較大滲透性，在粉煤灰堆場中，堆高后很容易(rngy)瀝干。q粉煤灰的滲透系數(shù)(10-5量級)是粉質(zhì)黏土(10-7量級)的400500倍。q黏聚力小、毛細(xì)水作用影響較大，雨水或內(nèi)部滲流時易流失，對路堤與邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。第十五頁，共31頁。第十六頁，共31頁。2.粉煤灰路堤(ld)的填筑第十七頁，共31頁。10.2.5粉煤

8、灰在基礎(chǔ)(jch)工程中應(yīng)用q1.CFG樁的使用q水泥粉煤灰碎石樁簡稱CFC樁，是在碎石樁基礎(chǔ)上加進(jìn)一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一種具有一定黏結(jié)強(qiáng)度的樁，也是近年來新開發(fā)的一種地基處理技術(shù)。qCFG樁在受力特性方面介于碎石樁和鋼筋混凝土樁之間。與碎石樁相比，CFG樁樁身具有一定的剛度，不屬于散體材料樁，其樁體承載力取決于樁側(cè)摩阻力(zl)和樁端端承力之和或樁體材料強(qiáng)度。q當(dāng)樁間土不能提供較大側(cè)限力時，CFG比樁復(fù)合地基承載力高于碎石樁復(fù)合地基。第十八頁，共31頁。2.粉煤灰水泥漿材灌漿(gungjing)q灌漿法是指利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿

9、液以填充、滲透和擠密等方式，趕走土顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一定時間后，漿液將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個整體，形成一個結(jié)構(gòu)(jigu)新、強(qiáng)度大、防水性能好和化學(xué)穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體”。q主要作用在于節(jié)約水泥、降低成本和消化三廢材料，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。第十九頁，共31頁。10.2.6粉煤灰在農(nóng)業(yè)(nngy)中應(yīng)用q粉煤灰農(nóng)用包括(boku)改良土壤和制備化肥。q1.粉煤灰的改土與增產(chǎn)作用q孔隙度, 疏松，抑堿作用,土層溫度的影響。q2.粉煤灰肥料第二十頁，共31頁。10.3煤矸石的利用(lyng)q煤矸石是含碳巖石和其他巖石的混合物，大致可分三類：q

10、頁巖類：如油頁巖、炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖和砂質(zhì)頁巖等；q泥巖(n yn)類：如泥巖(n yn)、炭質(zhì)泥巖(n yn)、粉砂質(zhì)泥巖(n yn)和泥灰?guī)r等；q砂巖類：如泥質(zhì)粉砂巖、砂巖。第二十一頁，共31頁。煤矸石的合理利用途徑 熱值(kJkg) 合理利用途徑 說 明 2090 回填、修路、造地、制集料 制集料以砂巖未燃矸石為宜 20904180 燒內(nèi)燃磚 CaO 含量低于 5 41806270 燒石灰 渣可作混合材、集料 62708360 燒混合材、制集料、代土節(jié)煤燒水泥 用于小型沸騰爐供熱產(chǎn)氣 836010450 燒混合材、制集料、代土節(jié)煤燒水泥 用于小型沸騰爐供熱發(fā)電 第二十二頁，共31頁。10

11、.3.2煤矸石的基本(jbn)性質(zhì)q1.煤矸石的工程特性q(1)顆粒組成q煤矸石的粒度分布范圍較大，從幾十厘米的塊石至0.1mm以下的細(xì)小顆粒，普遍含有(hn yu)膠體成分。q煤矸石的粒度分布的級配一般較差粗大顆粒含量普遍在60以上，而粒徑小于0.1mm的顆粒累積含量大都在5以下。q(2)膨脹性及崩解性q水進(jìn)入到礦物的結(jié)晶格子層間而引起的膨脹q煤矸石在水中浸泡30d，崩解量達(dá)到30以上，有較強(qiáng)崩解性。第二十三頁，共31頁。q(3)壓縮性q級配一般較差 q(4)滲透性q煤矸石的滲透性與壓密程度有關(guān)。在煤矸石中添加一定比例的細(xì)顆粒含量有助于矸石壓密性的改善與滲透性的降低。q(5)煤矸石的水穩(wěn)性q

12、煤矸石和一般的碎石類土相比存在水穩(wěn)性較差的特點(diǎn)(tdin)，主要反映在其強(qiáng)度條件和變形性對于含水量的變化有較強(qiáng)的敏感性。q(6)煤矸石的剪切強(qiáng)度q煤矸石的內(nèi)摩擦角隨密實(shí)程度的增大而增大，而內(nèi)聚力c卻基本不變。第二十四頁，共31頁。10.3.4煤矸石在高速公路(o s n l)中應(yīng)用q以徐州地區(qū)的煤矸石為例進(jìn)行重點(diǎn)(zhngdin)探討。q徐州地區(qū)的煤矸石的堆存量達(dá)到1000萬t，徐州的賈汪區(qū)及銅山縣煤矸石山到處可見，侵占大量的農(nóng)田，煤矸石山附近的農(nóng)田基本上都是黑色的碎石土。第二十五頁，共31頁。第二十六頁，共31頁。第二十七頁，共31頁。徐州(x zhu)地區(qū)煤矸石q(1)活性成分(SiO2+Fe2O3+Al2O3)含量均超過70，經(jīng)粉碎后具有一定塑性，其中硫酸鹽含量低于0.8。q(2)不含有膨脹性礦物成分q(3)級配良好，細(xì)粒成分含量較高。q(4)抗剪強(qiáng)度較高，并隨著壓實(shí)度的增加而增加q(5)滲透系數(shù)較小，能夠用作筑路材料。q