基于污泥的混凝土掺和料研究

黄 永

（华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510640）

随着中国现代化进程加快，各种环境问题日显严峻，大气、土地、水体等皆受到了不同程度的污染。从污水处理结果来看，污泥造成的水体污染不容小觑。研究及工程实践证明，经过处理的污泥火山活性高，可制备掺合料应用于混凝土中，从而节约土地与矿产资源，保护环境。

1 污泥成因、危害及处理

1.1 污泥的成因与危害

污泥是污水处理产生的一种含有大量有机物、重金属、病菌病原体的产物。其中如镉、铬、镍、锌、铜、铁等重金属以及病菌病原体，严重影响了土壤、水体安全，危害人类生命健康。2016 年，中国住房城乡建设部公布的报告显示，截止2016 年9 月底，中国已建成污水处理厂3976 座，污水处理能力为1.7×108m3/d，若按照含水量97%计算，每天产生的污泥几乎是1×104m3[1]，如何妥善处理并利用好这些污泥是非常现实的问题。

1.2 污泥的处理与利用

污泥传统处理方法有焚烧、土地利用、填埋等。污泥的有机质含量很高，具备一定热值，可直接焚烧处理，焚烧处理后的污泥能实现无菌、无臭的目的[2]，但易产生二氧化硫、二噁英等气体，若直接排放又会造成空气污染，且导致了大量营养物质的浪费[3]。污泥含有大量的氮、磷、钾，能够为土壤提供足够的营养物质，但重金属和病菌病原体的存在限制了更广泛土地应用。填埋虽然消耗资金少，处理量大，成效快，但并未避免环境污染，可能会导致土壤与地下水污染。污泥的工程化应用研究具备良好的前景。

2 污泥在混凝土材料上的应用研究

2.1 污泥作为掺合料的研究

混凝土常用的掺合料有火山灰质和矿渣，这些掺合料有较多的SiO2与Al2O3，可改善混凝土质量节省水泥用量。而污泥含有大量的SiO2与Al2O3，可以考虑用污泥作为混凝土的掺合料使用。黄晓庆[4]等研究表明，污泥在900℃高温焙烧后，其中的主要无机物总量从52.8%提高到89.2%，特别是SiO2、Al2O3、Fe2O3，三者的总量达到76.2%，已类似火山灰，具有火山灰活性。且只要在高温后快速冷却，就可形成足够多的活性SiO2和活性Al2O3，从而使污泥具有较高的火山灰活性。对于混凝土强度方面，Tay-J.H[5]等研究表明，以污泥灰代替部分水泥对混凝土强度影响不大。HAMERNIK J D[6]在ASTM 标准下做实验，发现污泥灰与C 级火山灰类似，做为掺合料可行。

2.2 污泥灰火山活性增强方法

1） 精细磨研，Shih-Cheng Pan[8]等研究发现，增加污泥灰颗粒的表面积可显著提升污泥灰的火山活性，其规律为污泥灰表面积每上升100m2/kg，活性指数上升5%；2） 控制焚烧温度及时间，焚烧时控制好温度与时间，污泥灰的火山活性将大大增强。Joo-Hwa Tay[9]等发现，在1000C°时焚烧4 小时，能得到火山活性最强的污泥灰；3） 加入激发剂，激发剂一般为NaOH 和Ca (OH)2，加入后可激活惰性SiO2与Al2O3，相对而言就可以增加污泥灰掺合料减少水泥用量。

3 结语

污泥是放错了位置的资源，传统的污泥处理均不同程度造成了二次污染，重新定位污泥的用途极为关键。本文重点讨论了污泥制作掺合料应用于混凝土中的可行性，发现污泥作为混凝土掺合料是可行，在适当的处理下，能使污泥减量、无害、稳定，有利于大气、土壤、水体等自然环境。总的来说，污泥作为掺合料应用到混凝土中是污泥处理的可行途径，且存在广阔的应用前景。