王文剛

(內蒙古恒諾建材有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010106)

1 技術研究背景及目的

隨著我國綜合國力的逐漸增強，國民物質生活的改善，因此，日常生活中消耗品在逐漸增加，進而生活垃圾數(shù)量大幅度增長，給我們的生活居住環(huán)境帶來了很大的影響，利用焚燒的方式有效地處理日常生活垃圾，同時產(chǎn)生的電能還能帶來經(jīng)濟效益，這一處理垃圾的方式應運而生。隨之生活垃圾焚燒處理后產(chǎn)生的廢雜料的處理和二次利用技術研究，也成為實現(xiàn)變廢為寶的國家號召。

恒諾建材公司引進的具有國際先進水平的美國哥倫比亞M1600型混凝土全自動生產(chǎn)線，全年可生產(chǎn)砌塊8萬m3，在對生活垃圾焚燒發(fā)電廠廢雜料進行系統(tǒng)研究試驗，其可作為生產(chǎn)輕集料混凝土小型空心砌塊的骨料，提高固廢資源的綜合利用率。公司使用的經(jīng)焚燒處理后產(chǎn)生的廢雜料，來自土左旗兵州亥區(qū)境內的生活垃圾發(fā)電廠，進行了安全、清潔、資源化貯存、處置，不僅實現(xiàn)了污染治理，同時為固廢資源的高效利用創(chuàng)造了前提。

內蒙古恒諾建材有限責任公司組織技術力量，將廢雜料通過實驗室篩分，顆粒級配情況分析，配合比優(yōu)化試配、生產(chǎn)線實驗性生產(chǎn)等系統(tǒng)實驗，結合利廢節(jié)能生產(chǎn)技術管理，各個環(huán)節(jié)進行技術保障，利用其生產(chǎn)固廢利用量大，生產(chǎn)成本低的輕質、高強度、隔熱、保溫型的輕集料混凝土小型空心砌塊產(chǎn)品。

2 研究方法與研究內容

通過對土左旗兵州亥區(qū)境內的生活垃圾發(fā)電廠焚燒處理后產(chǎn)生的廢雜料進行相關系統(tǒng)實驗，驗證生活垃圾發(fā)電廠的廢雜料可作為混凝土施工及混凝土制品生產(chǎn)中替代性骨料的可行性；結合美國哥倫比亞M1600型混凝土全自動生產(chǎn)線優(yōu)勢，利用垃圾發(fā)電廠廢雜料替代石屑、砂子、石子等原材料，優(yōu)化輕集料混凝土小型空心砌塊產(chǎn)品生產(chǎn)配合比，有效降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)新產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程。

3 研究試驗

3.1 原材料實驗

3.1.1 實驗材料。水泥：采用內蒙古西卓子山草原水泥廠生產(chǎn)的Po42.5普通硅酸鹽水泥，化學成分見表1。砂子：細度模數(shù)2.3～4.0，含泥量≤5%。石屑：細度模數(shù)2.3～4.0，含泥量≤15%。廢雜料：采用左旗兵州亥區(qū)境內的生活垃圾發(fā)電廠發(fā)電后產(chǎn)生的廢雜料，含泥量≤1.5%，顆粒級配宜為3.1～3.5之間，最大粒徑10mm。石子：碎石，最大粒徑10mm，含泥量≤15%。粉煤灰：二級，呼市托克托縣電廠。水：飲用水。

3.1.2 實驗方法。廢雜料相關試驗按照GB/T17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》及JGJ 51-2019《輕骨料混凝土技術規(guī)程》相關要求進行；立方體抗壓強度按照國家標準《普通混凝土力學性能試驗方法》GB/T510081-2002進行；輕集料混凝土小型空心砌塊相關實驗按照GB/T15229-2011《輕集料混凝土小型空心砌塊》相關質量要求進行；經(jīng)實驗室取樣篩分實驗，顆粒級配情況結果見表1，含泥量、細度模數(shù)、容重數(shù)據(jù)實驗結果見表2。

表1 實驗材料顆粒級配

表2 含泥量及細度模數(shù)

3.1.3 實驗結果。經(jīng)篩分試驗數(shù)據(jù)可知，廢雜料具有良好的顆粒級配，最大粒徑不大于10mm，細度模數(shù)在2.3～4.0范圍之內，堆積密度<1 200kg/m3，符合GB/T17431.1-2010《輕集料及其試驗方法第1部分：輕集料》相關技術要求。

3.2 實驗室標準試件試驗

3.2.1 實驗室配合比設計。根據(jù)實驗需求，結合JGJ 51-2019《輕骨料混凝土技術規(guī)程》的相關要求，進行了實驗室配合比設計，見表3。

表3 實驗室混凝土配合比

3.2.2 抗壓強度試驗。實驗采用100mm×100mm×100mm的試模，經(jīng)振搗臺振搗成型，帶模養(yǎng)護1d后拆模，再放入標準養(yǎng)護箱中進行養(yǎng)護，控制溫度20℃±3℃、相對濕度在95%以上。分別測試實驗混凝土試件3d、7d、28d抗壓強度(見表4)。

表4 混凝土試件抗壓強度實驗結果

3.2.3 實驗室配合比實驗結果。通過混凝土試件3d、7d、28d抗壓強度檢驗，均達到了設計強度，廢雜料替代骨料的最佳比例為20%～40%，可達到最佳經(jīng)濟效果。

3.3 輕集料混凝土小型空心砌塊試生產(chǎn)

3.3.1 配合比試驗。根據(jù)GB/T15229-2011《輕集料混凝土小型空心砌塊》相關技術指標，結合原材料實際情況，石屑、廢雜料符合輕集料混凝土小型空心砌塊生產(chǎn)原材料，且較為經(jīng)濟。通過美國哥倫比亞M1600型混凝土全自動生產(chǎn)線配套的配料程序指導，結合生產(chǎn)線實際生產(chǎn)成型及脫模情況進行了生產(chǎn)配合比最終確定。

根據(jù)配料程序計算，理想的輕質混凝土細度模數(shù)為3.84，但由于原材料所限，一般適配結果接近理想模數(shù)為佳。經(jīng)配料程序試配，結合生產(chǎn)線成型情況，最終確定每立方米預拌料中廢雜料摻量骨料占比為79%，即1 161kg/m3；石屑摻量為骨料占比為21%，即309kg/m3；泥摻量為130kg/ m3；粉煤灰50kg/m3；飲用水摻量150kg/m3。此時骨料細度模數(shù)為3.49，按照配料模數(shù)曲線圖接近理想細度模數(shù)，配料模數(shù)曲線生產(chǎn)成型脫模情況較好。

3.3.2 抗壓強度試驗。生產(chǎn)線使用常用砌塊尺寸390mm×190mm×190mm模具進行試生產(chǎn)，按照標準生產(chǎn)流程，經(jīng)電腦計量配料、攪拌、主機振搗擠壓成型后，窯車送入養(yǎng)護窯進行蒸汽養(yǎng)護。養(yǎng)護窯通蒸汽1h后，砌塊進行靜養(yǎng)。3d后出窯，進行自然養(yǎng)護。檢驗3d、7d、28d抗壓強度。

表5 混凝土試件抗壓強度實驗結果

4 研究創(chuàng)新成果

通過輕集料混凝土小型空心砌塊生產(chǎn)線試生產(chǎn)，混凝土試件3d、7d、28d抗壓強度檢驗，實驗產(chǎn)品達到設計強度，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，脫模成型情況良好，可利用該廢雜料替代石屑、砂子、石子等原材料進行生產(chǎn)，優(yōu)化輕集料混凝土小型空心砌塊產(chǎn)品生產(chǎn)配合比，有效降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)新產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程。

內蒙古自治區(qū)建材產(chǎn)品質量檢驗院依據(jù)《2020年內蒙古自治區(qū)輕集料混凝土小型空心砌塊質量監(jiān)督抽查方案》相關要求，于2020年8月5日對內蒙古恒諾建材有限責任公司生產(chǎn)的18系列以及30系列輕集料混凝土小型空心砌塊產(chǎn)品進行抽樣檢測。經(jīng)檢驗，產(chǎn)品符合GB/T4111-2013《混凝土小型空心砌塊試驗方法》、GB/T15229-2011《輕集料混凝土小型空心砌塊》相關質量要求；其放射性核素限量符合GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》的相關規(guī)定。

5 經(jīng)濟效益及社會效益

5.1 經(jīng)濟效益

廢雜料價格為37元/m3，石屑市場價格為60元/m3，水洗砂市場價格為110元/m3，通過骨料替換及配合比優(yōu)化，產(chǎn)成品綜合節(jié)約生產(chǎn)成本近15元/m3。按照生產(chǎn)線年產(chǎn)量達到6萬m3時，每年可節(jié)約原材料成本約90萬元。

5.2 社會效益

通過研究土左旗兵州亥區(qū)境內生活垃圾發(fā)電廠廢雜料的材料屬性，將其作為替代性骨料，推廣應用于混凝土工程施工及混凝土制品的生產(chǎn)領域；內蒙古恒諾建材有限責任公司利用垃圾發(fā)電廠廢雜料替代石屑、砂子、石子等原材料，優(yōu)化輕集料混凝土小型空心砌塊產(chǎn)品生產(chǎn)配合比，有效降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)新產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程。通過活垃圾焚燒處理后產(chǎn)生的廢雜料的處理和二次利用技術研究，有效促進固廢資源綜合利用，實現(xiàn)國家變廢為寶的號召，對綠色可持續(xù)發(fā)展有積極的促進作用，隨著該應用技術不斷推廣，其帶來的經(jīng)濟效益和社會效益是巨大的。