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-10固体废物利用研究电子版本

1、第10章固体废物利用(lyng)研究第一页，共31页。q弥补(mb)资源不足 q减少固体废物量第二页，共31页。q固体废物综合利用的途径很多，主要有这五个方面：q生产(shngchn)建筑材料；q提取有用金属和制备化学品；q代替某些工业原料；q制备农用肥料；q利用固体废物作为能源。 第三页，共31页。粉煤灰的利用(lyng) 第四页，共31页。1.粉煤灰的组成(z chn)q粉煤灰的化学组成类似于粘土(zhn t)的化学组成，主要包括SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO和未燃尽炭。第五页，共31页。粉煤灰化学成分的变化范围及典型粉煤灰的化学成分 典型粉煤灰的化学成分() 化学成分 我国粉煤

2、灰化学成分的一般变化范围() 美国粉煤灰化学成分的变化范围() 低钙灰粉煤灰(F 级灰) 高钙灰粉煤灰(C 级灰) 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 烧失量 126 0.330 第六页，共31页。q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。q例如，在研究工作和实际(shj)应用中常

3、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。第七页，共31页。2.粉煤灰的基本(jbn)性质q(1)粒度成分：q粉煤灰颗粒尺寸一般(ybn)在0.0010.25mm变化之间，小于0.075mm的颗粒含量在6098之间，比表面积一般(ybn)分布在20003500cm2g之间。 q(2)化学成分：q一般(ybn)粉煤灰的主要化学成分是SiO2、AlO3和Fe2O3，以及少量的CaO。第八页，共31页。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)存在条件下，水化生成胶凝物质-水化硅酸钙和水化硅酸铝，能

4、够硬化，这一过程称之为粉煤灰活性(或火山灰反应性)。q一般粉煤灰中SiO2和Al2O3含量愈高，粒度成分愈细，活性愈高。 q(4)粉煤灰烧失量q公路粉煤灰路堤设计(shj)与施工技术规范中，规定粉煤灰烧失量上限值不超过12。第九页，共31页。10.2.3粉煤灰用作建筑材料q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(fngmin)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。第十页，共31页。1.粉煤灰水泥(shun)q粉煤灰硅酸盐水泥特性为：q对硫酸盐侵蚀和水侵蚀具有抵抗能力，对碱-集料反应(fnyng)能起一定

5、抑制作用，水化热低，干缩性好。粉煤灰硅酸盐水泥的早期强度不高，但其后期强度不断增加。第十一页，共31页。2.粉煤灰混凝土q混凝土是以硅酸盐水泥为胶结料，砂、石等为集料，加水拌和而成的构筑材料。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。第十二页，共31页。粉煤灰在路用性质(xngzh)方面特点：q(1)自重轻。q粉煤灰最大干密度约为0.91.2g/cm3，均小于一般细颗粒土。由于其质轻，可以减少路堤沉降和不均匀沉降。此外，在相同条件下还可以提高软土地(td)基的路堤极限高度等。 q(2)强度较高。q粉煤灰因其颗粒组成类似于细粒土，所以也具有液、塑限、最佳含水量、最大干密度等，

6、可以采用土工指标对粉煤灰的强度进行评价。q内摩擦角分别为18o33o和30o42o，CBR值可达23.5，(中液限粉质黏土17.9，粉煤灰高出约30。)第十三页，共31页。q(3)压缩性小。q据试验结果得知，在采用重型击实标准压实度为100时，土与粉煤灰比较，土的压缩系数a1-2 = 0 . 2 4 M p a - 1 ， 而 粉 煤 灰 的 压 缩 系 数 a 1 -2=0.15Mpa-1，土的压缩系数高出约4050。因此，在相同密实度条件下，粉煤灰路堤的压缩变形明显低于土质路堤。q(4)击实特性良好。q一般情况下击实试验中，粉煤灰的含水量与干密度的关系趋于相对较平缓，表明适宜压实所需含水量

7、的变化范围大，幅度可达到20，容易压实。即使是最佳含水量相差一半，干密度仍可以达到最佳值的80。q粉煤灰施工(sh gng)含水量较易控制的特性，给路基施工(sh gng)带来方便，更有利于雨季施工(sh gng)。第十四页，共31页。 q(5)良好渗透性。q粉煤灰具有较大渗透性，在粉煤灰堆场中，堆高后很容易(rngy)沥干。q粉煤灰的渗透系数(10-5量级)是粉质黏土(10-7量级)的400500倍。q黏聚力小、毛细水作用影响较大，雨水或内部渗流时易流失，对路堤与边坡的稳定性产生一定影响。第十五页，共31页。第十六页，共31页。2.粉煤灰路堤(ld)的填筑第十七页，共31页。10.2.5粉煤

8、灰在基础(jch)工程中应用q1.CFG桩的使用q水泥粉煤灰碎石桩简称CFC桩，是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定黏结强度的桩，也是近年来新开发的一种地基处理技术。qCFG桩在受力特性方面介于碎石桩和钢筋混凝土桩之间。与碎石桩相比，CFG桩桩身具有一定的刚度，不属于散体材料桩，其桩体承载力取决于桩侧摩阻力(zl)和桩端端承力之和或桩体材料强度。q当桩间土不能提供较大侧限力时，CFG比桩复合地基承载力高于碎石桩复合地基。第十八页，共31页。2.粉煤灰水泥浆材灌浆(gungjing)q灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆

9、液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构(jigu)新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的“结石体”。q主要作用在于节约水泥、降低成本和消化三废材料，具有较大的经济效益和社会意义。第十九页，共31页。10.2.6粉煤灰在农业(nngy)中应用q粉煤灰农用包括(boku)改良土壤和制备化肥。q1.粉煤灰的改土与增产作用q孔隙度, 疏松，抑碱作用,土层温度的影响。q2.粉煤灰肥料第二十页，共31页。10.3煤矸石的利用(lyng)q煤矸石是含碳岩石和其他岩石的混合物，大致可分三类：q

10、页岩类：如油页岩、炭质页岩、泥质页岩和砂质页岩等；q泥岩(n yn)类：如泥岩(n yn)、炭质泥岩(n yn)、粉砂质泥岩(n yn)和泥灰岩等；q砂岩类：如泥质粉砂岩、砂岩。第二十一页，共31页。煤矸石的合理利用途径 热值(kJkg) 合理利用途径 说 明 2090 回填、修路、造地、制集料 制集料以砂岩未燃矸石为宜 20904180 烧内燃砖 CaO 含量低于 5 41806270 烧石灰 渣可作混合材、集料 62708360 烧混合材、制集料、代土节煤烧水泥 用于小型沸腾炉供热产气 836010450 烧混合材、制集料、代土节煤烧水泥 用于小型沸腾炉供热发电 第二十二页，共31页。10

11、.3.2煤矸石的基本(jbn)性质q1.煤矸石的工程特性q(1)颗粒组成q煤矸石的粒度分布范围较大，从几十厘米的块石至0.1mm以下的细小颗粒，普遍含有(hn yu)胶体成分。q煤矸石的粒度分布的级配一般较差粗大颗粒含量普遍在60以上，而粒径小于0.1mm的颗粒累积含量大都在5以下。q(2)膨胀性及崩解性q水进入到矿物的结晶格子层间而引起的膨胀q煤矸石在水中浸泡30d，崩解量达到30以上，有较强崩解性。第二十三页，共31页。q(3)压缩性q级配一般较差 q(4)渗透性q煤矸石的渗透性与压密程度有关。在煤矸石中添加一定比例的细颗粒含量有助于矸石压密性的改善与渗透性的降低。q(5)煤矸石的水稳性q

12、煤矸石和一般的碎石类土相比存在水稳性较差的特点(tdin)，主要反映在其强度条件和变形性对于含水量的变化有较强的敏感性。q(6)煤矸石的剪切强度q煤矸石的内摩擦角随密实程度的增大而增大，而内聚力c却基本不变。第二十四页，共31页。10.3.4煤矸石在高速公路(o s n l)中应用q以徐州地区的煤矸石为例进行重点(zhngdin)探讨。q徐州地区的煤矸石的堆存量达到1000万t，徐州的贾汪区及铜山县煤矸石山到处可见，侵占大量的农田，煤矸石山附近的农田基本上都是黑色的碎石土。第二十五页，共31页。第二十六页，共31页。第二十七页，共31页。徐州(x zhu)地区煤矸石q(1)活性成分(SiO2+Fe2O3+Al2O3)含量均超过70，经粉碎后具有一定塑性，其中硫酸盐含量低于0.8。q(2)不含有膨胀性矿物成分q(3)级配良好，细粒成分含量较高。q(4)抗剪强度较高，并随着压实度的增加而增加q(5)渗透系数较小，能够用作筑路材料。q