[发明专利]含垃圾焚烧飞灰和钢渣矿渣的胶凝材料及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种含垃圾焚烧飞灰和钢渣矿渣的胶凝材料及制备方法和应用。一种含垃圾焚烧飞灰和钢渣矿渣的胶凝材料，主要由以下成分组成：按重量份计，S95矿渣0‑60份，高铝钢渣0‑60份，垃圾焚烧飞灰20～40份，脱硫石膏7～13份。混凝土或充填料中胶凝材料与骨料之比为1:4‑1:8，浓度77％。本发明掺杂了大量的垃圾焚烧飞灰，并且无需添加激发剂、早强剂等外加剂即可显示出良好的可工业应用的抗压强度，既可用作混凝土的胶结料，又可用于采矿充填料，是水泥的良好替代品。

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种含垃圾焚烧飞灰和钢渣矿渣的胶凝材料及制备方法和应用。

背景技术

我国垃圾焚烧行业迅猛发展，垃圾焚烧项目激增，据E20研究院统计，2015年全国建成运行的垃圾焚烧发电厂近257座，我国垃圾焚烧总量为6811万吨，根据《国家危险废物名录》，垃圾焚烧过程中产生垃圾焚烧飞灰(后简称飞灰)属于危险废物，约为焚烧垃圾量的3％～5％，飞灰产生量达395万吨，2016年垃圾焚烧发电厂已建近300座，至2020年末，飞灰将达到1000万吨/年以上。面对垃圾焚烧飞灰如此巨大的年产量，寻找合理绿色的处置方法已迫在眉睫，而且如何最大化的利用飞灰这种危险废弃物成为当今危废处理领域研究的热点内容。利用矿渣、钢渣、脱硫石膏协同利用垃圾焚烧飞灰制备全固废胶凝材料，不仅能够解决工业固废(钢铁渣)和城市危废(垃圾焚烧飞灰)减量化、无害化和资源化的难题，推进固废和危废协同利用和环境保护，为大规模替代水泥固化稳定化安全填埋或初步结合胶结充填采矿技术提供胶凝材料，奠定工程应用基础。然而现有的含垃圾焚烧飞灰胶凝材料存在如下问题：需要添加过多的激发剂、早强剂等外加剂，才能具备有实用价值的强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含垃圾焚烧飞灰和钢渣矿渣的胶凝材料，该胶凝材料掺杂了大量的垃圾焚烧飞灰，并且无需添加激发剂、早强剂等外加剂即可显示出良好的可工业应用的抗压强度，配上适合的骨料，既可用作混凝土的胶结料，又可用于采矿充填料，是水泥的良好替代品。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种含垃圾焚烧飞灰和钢渣矿渣的胶凝材料，主要由以下成分组成：

按重量份计，S95矿渣0-60份，高铝钢渣5-60份，垃圾焚烧飞灰20～40份，脱硫石膏7～13份。

该胶凝材料至少具有以下特点：

首先，与现有的含垃圾焚烧飞灰和钢渣矿渣的胶凝材料相比，本发明的胶凝材料组成更简单，无需添加激发剂、早强剂等外加剂，由S95矿渣、高铝钢渣、垃圾焚烧飞灰和脱硫石膏四种成分组成，这极大的降低了原料成本，并且对垃圾焚烧飞灰的利用率更高。

其次，组成简化的同时由于协同作用的发挥仍能显示出良好的胶结性能，包括抗压强度和对飞灰中多种重金属的有效固化。采用水胶比为0.3:1，根据GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，将本发明的胶凝材料制备净浆试块，试块尺寸30mm×30mm×50mm，在温度为35℃，湿度99.5％以上进行养护，显示出良好的抗压强度和浸出安全性能。

第三，安全性高：采用的垃圾焚烧飞灰具有良好的安全性，重金属离子(Cr、Cu、Zn、Cd、Sb、Hg、Pb等)长期(360d)浸出浓度全部低于饮用水标准；另外，矿渣和脱硫石膏对飞灰中的氯离子有一定的固化作用，避免对钢筋等其它建筑材料的腐蚀。

综上，本发明的胶凝材料利用矿渣代替传统胶结剂水泥，利用高铝钢渣充分激发矿渣活性，并协同利用垃圾焚烧飞灰制备全固废胶凝材料，使垃圾焚烧飞灰得到了最大限度的资源化利用，提供了垃圾焚烧飞灰在全固废胶凝体系的较佳掺量，使体系中重金属离子的浸出浓度在短期和长期浸出毒性(水平振荡法)仍低于饮用水标准，从而能够解决工业固废(钢铁渣及矿渣)和城市危废(垃圾焚烧飞灰)减量化、无害化和资源化的难题，推进固废和危废协同利用和环境保护，为大规模替代水泥固化稳定化安全填埋、初步结合胶结充填采矿技术或制备建筑用混凝土提供胶凝材料，奠定工程应用基础。