关键词：生活垃圾；焚烧炉渣；高压成型砖；强度性能
1国内炉渣砖研究现状
从上世纪60年代开始，随着我国基础设施建设的不断发展，我国在新型轻体材料的研究中取得了快速的进步，各种类型的墙体材料相继诞生，但是由于当时我国生产工艺落后、设备老等因素，导致我国在墙体材料的发展中还十分缓慢，当时主要以粘土实心砖为主要。随着新技术的不断运用，我国墙板种类已经处于全球首位，但是真正大规模进入市场的产品相对较少。导致这一现象的主要原因在于：我国墙体材料在发展的过程中生产速度过快，生产工艺和生产设备相对较为简单，同时其投资规模相对较低，导致我国墙体材料生产技术水平相对落后，总体生产能力不强。炉渣免烧成型砖主要以水泥、骨料为主要原料，在其中混合加入掺合料、外加剂等，通过加水搅拌、成型、养护等一系列工艺所生产制造的砖。利用压力成型的原理主要包括：（1）颗粒紧密接触原理。物料间的紧密接触是指各个颗粒间的接触间隙大小程度。当物料处于自然堆积状态时，其颗粒间隙较大。颗粒只是部分接触或松散接触；当物料处于施压状态时，其颗粒间的接触间距缩小，压力越大，接触间距就越小，颗粒的接触就越紧密。在压力作用下，颗粒间的接触点由点状接触变为面状接触，扩大接触面积，增加面与面之间接触后的物理咬合。（2）物理咬合原理。大多数固体废弃物颗粒及胶结料颗粒为不规则形状，当这些物料颗粒呈松散状态时，它们之间没有咬合作用，而当在压力作用下被压实时，互相填补孔隙，就产生物理咬合作用，压力越大，咬合作用越强。所谓咬合作用，就是犬牙交错产生的阻力。正是这种阻力将颗粒联结在一起，其中一个颗粒假若在外力下要分离，也会受到其他颗粒咬合力的阻挡。咬合作用与颗粒形状与表面粗糙度有关，颗粒越不规则，表面越粗糙，咬合作用就越强。咬合作用同密实作用一样，也只能在合适的压力范围才可以达到最佳效果。压力过小，颗粒未被压实，咬合力较弱；压力过大，则粗集料颗粒被压碎或压裂，反而会降低其路面砖坯的抗压强度。（3）密实填充原理。加压状态下，生活垃圾焚烧炉渣颗粒与胶结料颗粒可在压力作用下产生滑动钾位移，较小的颗粒被压入较大颗粒的孔隙中，将这些孔隙填充，使路面砖坯达到高密实度。试验结果表明，路面砖坯体的密实度在一定压力范围内，与压力的大小成正比，压力越大，其密实度就越高，强度就越高。然而，成型压力不可无限提高，试验所给的成型压力是有一定限度的，因为在生活垃圾焚烧炉渣与水泥胶结料、集料间含有大量的空气，在施压过程中排出相当一部分空气，仍会残留一部分空气，而这些被压缩空气在高压下的反作用力非常大，当空气被压缩到一定程度时，压砖机的压力难以克服被压缩空气的膨胀力，结果导致压缩空气在路面砖坯中形成空气垫层，使路面砖坯出现分裂或分层，这时的压力被称为极限压力，也称为最大压力。
2生活垃圾焚烧炉渣制备高压成型砖
我国生活垃圾焚烧产生的剩余物主要包括炉渣和飞灰两种。炉渣颜色随碳含量增加而加深，一般呈褐色，风干后为灰色，若颜色较深则说明炉渣燃烧不充分，碳含量高。炉渣是大小不一，形状不规则的、带棱角的多孔蜂窝状颗粒，具有轻微刺激性气味，炉渣的物理结构取决于其冷却的方法。生活垃圾含有微量的Sb、As、Cd、Cb和Hg重金属元，但在燃烧过程中浓缩浓度提高。炉渣是垃圾焚烧的最主要的残留物，占垃圾体积的10%，占垃圾焚烧残留物质量的80%。虽然炉渣被归类为非危险材料，早期国内一般运到特定区域后固化填埋处理，但炉渣包含大量潜在的有害成分。炉渣原料主要是各种不可燃材料组成的，具体包括熔渣、陶瓷碎片、碎砖(瓦)块、玻璃碎渣、黑色及有色金属等，炉渣中也还有部分未燃尽有机物。本研究取某垃圾发电厂的生活垃圾焚烧炉渣(以下简称炉渣)作为研究对象。炉渣由抓斗起重机装卸至汽车，运至炉渣综合车间实现综合利用。样品在综合利用室采用系统随机采样法采集后带回实验室以作研究。
2.1原料处理
原料处理必须保证其参与实验的样品具有代表性。原料处理步骤包括除臭、分拣、干燥、破碎、球磨、筛分等。（1）除臭：焚烧厂产后的炉渣散发臭味，一般陈置或是干燥都可以减少臭味，：本实验采取的是紫外线杀菌除臭。（2）分拣：垃圾焚烧炉渣中包括铁块、陶瓷、砖瓦块、玻璃等不可燃杂物。本实验采用手工分拣去除大于10mm不可燃大颗粒杂物。（3）破碎：由于炉渣潮湿，长时间放置等原因，炉渣会板结成块，采用锤式破碎机将这些块状炉渣进行处理破碎时长5-10min。（4）干燥：炉渣含水率较高，将炉渣平铺在搪瓷盘中，放入的干燥箱，温度设:置为105℃，干燥时间为24小时。（5）球磨：为获得不同粒径大小的炉渣，将炉渣放入行星球磨机，球磨2-5min其中球磨子比例小：中：大=2：3：54（6）筛分：炉渣的筛分：球磨后对炉渣进行筛分，将炉渣中粒径较小的杂质除去，获取不同粒径的炉渣。
2.2炉渣砖制备工艺流程
具体操作步骤为：（1）按照比例进行配置材料，具体包括水泥、砂子、炉渣、砂子和水。（2）采用搅拌机将所配置好的材料进行搅拌，通过3min的时间将其搅拌均匀，然后注入水继续搅拌5min，之后进行2min的人工搅拌，然后继续搅拌3min。（3）采用不同水固比和成型压力，称取280-290g的原料放入成型模具中。（4）用高压成型机对原料进行挤压成型，压强12Mpa，达到预定的成型压力后保压60s后卸载脱模。（5）采用蒸汽养护和混凝土标准养护进行养护试件。
3炉渣砖抗压强度测试方法
参照《砌墙砖试验方法》GBIT25422012中规定的方法，采用压力机、直尺、三角板等设备进行试验操作，具体按照以下的方式进行操作：（1）对每个试样连接面或受压面的各个尺寸进行计算，通过多次取平均值，在测量中要确保精度达到1mm。（2）采用加压板对将试样进行处理，在处理过程中需要保持平稳，不得出现振荡等情况。载荷直至试样破坏为止，记录最大破坏荷载P。依据测量所得到的数据，按照下式计算得出抗压强度Rp，精确至0.01MPa。
式中：
Rp一抗压强度(MPa)；P一最大破坏荷载(N)；
L一受压面(连接面)的长度(mm)；
B一受压面(连接面)的宽度(mm)。
4结束语
由于时间有限加，本文只对炉渣制备高压成型砖作了初步的研究，为更好的提升炉渣砖的性能，还有如下工作需要进一步开展：本文只研究了砖的抗压强度性能，对于砖的抗折强度性能还需进一步研究；研究的炉渣砖的期龄较短，还需从长期期龄方面入手研究炉渣砖的宏观性能。
参考文献
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[3]刘栋,尚小亮,杨西海.垃圾焚烧炉渣中可溶盐对水泥稳定材料性能的影响[J].公路交通科技,2018,3509:21-26+40.
论文作者:张南,殷光跃,朱健荣
论文发表刊物:《城镇建设》2019年22期
论文发表时间:2019/12/16
标签：炉渣论文; 颗粒论文; 压力论文; 垃圾焚烧论文; 砖坯论文; 抗压强度论文; 密实论文; 《城镇建设》2019年22期论文;