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水泥廠廢舊除塵布袋焚燒灰作水泥混合材試驗

　　我國水泥行業產能大、塵源點多，是袋式除塵器的使用大戶，每年都將產生大量的廢舊除塵布袋.目前這些廢舊除塵布袋都沒有得到妥善處理，大多數被簡單填埋或隨處堆放，對生態環境造成嚴重破壞，制約著水泥行業的可持續發展。焚燒是實現廢舊布袋減量化和無害化最有效的方法之一，焚燒后化學纖維布袋變成CO2和H2O，玻璃纖維布袋則變成SiO2。 焚燒后的灰渣屬于一般廢物，且含有CaO、SiO2、Al2O3 等活性組分，具有較高的回收利用價值。另外，水泥混凝土能夠有效固化有害組分，成為公認的處理消納各種廢物的有效途徑。本文將廢舊除塵布袋焚燒灰渣用作水泥混合材，系統地研究了廢舊布袋焚燒灰渣對水泥物理性能、工作性能及結構的影響，探討了廢舊布袋焚燒灰用作水泥混合材的可行性及技術規范，以期為實現水泥廠廢舊除塵布袋的無害化、資源化提供切實可行的技術路線。廣東工業大學環境與工程學院采用廣東省龍門縣某水泥廠兩種廢舊布袋，放入馬弗爐中在900℃溫度下灼燒1h，然后取其焚燒灰渣。

　　發現化纖布袋燒失量達75%以上，焚燒后灰渣經球磨機粉磨成灰色粉末，在干燥條件下保存待用。玻纖布袋的燒失量幾乎為0，但其焚燒后變成又硬又脆的固體，將其投入球磨機粉磨成白色粉末，并在干燥條件下保存待用。化纖布袋燒灰與水泥熟料的組分比較接近，CaO 的含量略低于水泥熟料，SO3 的含量較高，達3.29%;玻纖布袋灰中含量最多的是SiO2，高達48%，而CaO、Al2O3等組分含量相對較少。按照GB2847-2005，用作水泥混合材使用的材料，其燒失量須低于10%(兩種布袋焚燒后灰渣的燒失量遠低于10%)，SO3含量低于3.5%，且SiO2、CaO、Al2O3較高. 可見兩種布袋焚燒灰渣都適合用作水泥混合材。

　　見上述燒灰按照不同的實驗比例與熟料、灰渣、石膏在球磨機中混合粉磨配制成水泥，水泥的比表面積控制在(300±10)m2˙Kg-1，按標準方法檢測水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性以及水泥的膠砂強度。

　　標準稠度

　　隨著兩種布袋焚燒灰的加入，布袋灰水泥的標準稠度用水量呈增加趨勢，且添加焚燒灰的量越多，標準稠度越大。化纖布袋焚燒灰對水泥標準稠度的影響較為明顯，當灰摻量為30% 和40% 時，標準稠度分別達到32%和34.4%。這是由于化纖布袋焚燒灰中的化學纖維以及部分布袋收集的煤粉經過燃燒后留下了許多疏松多孔的物質，這種物質對水分有較強的吸附能力，從而導致化纖布袋灰水泥標準稠度用水量大幅增加。玻纖布袋焚燒灰中的硅粉粒徑較小，可以填充水泥粗顆粒之間的間隙，產生微集料效應。其結果使體系的粒徑分布更合理，而且能置換出部分水泥顆粒間填充的水分。這種填充使得拌合物中可利用的自由水增加，有助于降低水泥標準稠度用水量.但另一方面，由于玻纖布袋焚燒灰的粒徑小，比表面積大，導致體系的表面吸附水量也增大，此消彼長，最終導致水泥漿體的稠度增大。 但總體上玻纖布袋灰水泥的稠度增加幅度均在合理范圍之內。

　　凝結時間

　　實驗結果表明，摻加兩種布袋焚燒灰都會延長水泥的初凝、終凝時間。化纖布袋焚燒灰摻量在10%-20%時水泥的凝結時間延長幅度較小，當其摻量超過30%后水泥的凝結時間大幅延長，這可能與用水量的增加有關.玻纖布袋焚燒灰的摻加明顯延長了水泥的凝結時間，其中摻量為30%、40%時水泥凝結時間都延長超過一倍，其作用機制可能與玻纖布袋焚燒灰渣具有較高的SiO2和較低的CaO含量有關。

　　活性及水泥性能指標

　　判斷混合材為活性混合材還是非活性混合材的主要指標是水泥膠砂28d抗壓強度比R28，按GB2847-2005規定，R28大于65%為活性混合材，R28小于65%為非活性混合材。

　　實驗發現化纖布袋灰水泥和玻纖布袋灰水泥在摻量為30%時，活性試驗的R28分別為91.0%和80.6%，遠高于65%。由此可認為兩種布袋焚燒灰都具有相當高的活性，可以單獨用作水泥混合材。

　　化纖布袋灰水泥在摻量10%-20%時，其強度滿足52.5R強度等級水泥要求。當摻量為30%-40%時，其強度滿足42.5R強度等級水泥要求。玻纖布袋灰水泥在摻量10%、20%、40%時，其強度滿足42.5R強度等級水泥要求，而摻量30%的玻纖布袋灰水泥強度只能滿足32.5R強度等級要求。表明化纖布袋焚燒灰的活性高于玻纖布袋焚燒灰。

　　水泥強度(抗折強度和抗壓強度)
 

　　化纖布袋焚燒灰摻量在10%-20%時，化纖布袋灰水泥3d和28d的抗折、抗壓強度達到甚至超過了同齡期S號參照水泥的強度。摻量大于20%時，水泥強度開始下降，摻量在20%-30%時，化纖布袋灰水泥3d和28d的強度遞減幅度較大，摻量為30%-40%時，其強度遞減幅度變小，H4號水泥的28d抗折強度甚至大幅超過H3號水泥;玻纖布袋灰水泥3d和28d抗折強度分別在摻量10%-30%和10%-20%時呈下降趨勢，而分別在30%-40%和20%-40%時呈上升趨勢。而玻纖布袋灰水泥3d和28d的抗壓強度隨著摻量的增加總體上呈遞減趨勢，但B4水泥的28d抗壓強度較B3號水泥有所升高。可見，玻纖布袋灰水泥的抗折和抗壓強度曲線都呈現U型變化規律。隨著摻量的增加，玻纖布袋灰水泥3d抗壓強度遞減幅度較大，最大遞減幅度達到37.3%，而28d抗壓強度遞減幅度較小，最大遞減幅度為19.4%。
兩種廢舊布袋焚燒灰不同摻配比水泥所表現出的強度變化規律，可總體上表述為：化纖布袋灰水泥在摻量小于20%時，其抗折抗壓強度都達到甚至超過同齡期S號參照水泥。 當化纖布袋焚燒灰摻量大于30%時，化纖布袋灰水泥強度大幅下降;玻纖布袋灰水泥隨著摻量的遞增，其強度在總體上呈遞減趨勢，抗折和抗壓強度曲線呈現U型變化規律. 玻纖布袋灰水泥28d強度遞減幅度小于3d強度遞減幅度。

　　結論
 

　　(1)兩種布袋焚燒灰都具有較高的水化活性，且其燒失量、SO3含量等指標均符合GB2847-2005標準，可單獨用作水泥混合材。

　　(2)化纖布袋焚燒灰摻量小于20%范圍內，水泥各齡期的抗折抗壓強度均達到甚至超過同齡期S號參照水泥.摻量超過30%時，水泥強度大幅下降;玻纖布袋焚燒灰在摻量小于10%范圍內，水泥的強度相對于同齡期S號參照水泥幾乎無變化.當摻量超過20%時，3d強度遞減幅度較大，而28d強度遞減幅度較小。

　　(3)兩種布袋焚燒灰在摻量小于40%的范圍內，除B3號樣品外，其余試樣的水泥安定性、凝結時間和水泥強度等性能指標均滿足GB175-2007中42.5R強度等級水泥要求，其中H1號、H2號水泥滿足52.5R等級水泥強度要求。

　　(4)兩種廢舊布袋焚燒灰用作水泥混合材，不但擴大了水泥混合材的來源，而且實現了水泥廠廢舊除塵布袋的無害化和資源化，具有較好的經濟效益和環境效益。