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生活垃圾衛(wèi)生填埋覆蓋材料的研究

文檔作者：范英儒錢覺時黃煜鑌段策文檔來源： 1 重慶大學材料科學與工程學院 2 重慶大學土木工程學院 3 建筑材料工業(yè)技術監(jiān)督研究中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月19日
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· 66 · 材料導報：研究篇 2010年7月(下)第24卷第7期
生活垃圾衛(wèi)生填埋覆蓋材料的研究
范英儒 ，錢覺時 ，黃煜鑌 ，段策。
(1 重慶大學材料科學與工程學院，重慶400045；2 重慶大學土木工程學院，重慶400045；
3 建筑材料工業(yè)技術監(jiān)督研究中心，北京100024)
摘要 傳統(tǒng)垃圾覆蓋材料難以滿足目前生活垃圾處理的需要，通過對粉煤灰一石灰一硫酸鹽膠凝體系的研究，開
發(fā)了新型垃圾覆蓋材料，并測定了其相關性能。結果表明，以粉煤灰一石灰一煅燒石膏膠凝體系作為覆蓋材料對小城鎮(zhèn)
的生活垃圾進行處理是一種有效的方法，其早期強度高，整體性優(yōu)異，長期強度持續(xù)發(fā)展，抗?jié)B透能力強，收縮性滿足
要求，并具有良好的環(huán)境協(xié)調性。
關鍵詞 生活垃圾衛(wèi)生填埋覆蓋材料性能
Study on Cover M aterials of Sanitary Landfill for Domestic Refuse
FAN Yingru ，QIAN Jueshi ，HUANG Yubing。，DUAN Ce。
(1 College of Materials Science and Engineering，Chongqing University，Chongqing 400045；2 College of Civil Engineering，
Chongqing University，Chongqing 400045；3 Technical Supervision and Research Center of
the Building Materials Industry，Beijing 100024)
Abstract The traditiona1 waste cover materials can hardly meet the current demands of domestic refuse．A new
waste covering material，which is based on fly ash-lime-sulfate cementilious system ，is proposed，and the strength，
water penetration assistance，shrinkage and pH value of the covering material and traditional soil are investigated and
compared．The results show that it iS effective to dispose of the municipal solid waste(MSW )in smal】towns when tlsing
the flew covering materia1． In addition，it perforrnes a series of excellent properties，such as higher early
strength，well integrity，lower shrinkage，sustained long-term strength development，strong anti—permeability．
Key words domestic refuse，sanitary landfill，cover materials，characteristics
0 引言 1 實驗
近年來，衛(wèi)生填埋處理技術已成為我國近期推廣的首選
生活垃圾處理技術 1]。但作為垃圾衛(wèi)生填埋所用的覆蓋材
料，在考慮經濟性的同時，應具有快速形成強度和較好的整
體密封效果以便于施工和控制臭味擴散及垃圾的飛揚；應有
較好的抗?jié)B性以減少垃圾填埋場中滲濾液的量；且鋪設厚度
盡可能薄，以節(jié)省填埋場的庫容；此外還應具有一定的堿性
以防止蚊蠅的滋生_2J。而目前以壓實粘土為主的傳統(tǒng)垃圾
覆蓋材料因其施工機械成本高、受天氣影響大、抗?jié)B及密閉
性較差、覆蓋厚度大難以達到令人滿意的程度l2]。因此，新
型垃圾覆蓋材料的研究與開發(fā)勢在必行。在建材領域已有
一定研究基礎的粉煤灰一石灰一硫酸鹽膠凝體系(FI S膠凝體
系)[a-s]具有這種潛能。近年來，雖有不少學者將粉煤灰和石
灰用于垃圾處理、消毒、吸附等方面的研究』 ，但利用粉煤
灰火山灰活性用于生活垃圾處理的研究尚未見報道，因此，
本研究利用粉煤灰一石灰一煅燒石膏膠凝體系(FI S膠凝體系)
作為新型生活垃圾覆蓋材料，以改善傳統(tǒng)覆蓋材料的不足，
實現(xiàn)生活垃圾的處理。
*重慶市建設科技項目(城科字2008第(75)號)
范英儒：男，博士，講師，主要從事建筑材料教學與研究
1．1 材料
采用重慶珞璜電廠生產的粉煤灰，其化學組成及物理性
能見表1。
按照GB1596試驗用粉煤灰屬于Ⅱ級灰。
石膏采用重慶珞璜電廠生產的脫硫石膏及用其制備的
煅燒石膏，性能見表2。
表1 粉煤灰的化學成分及物理性能
Table 1 Chemical composition and physical properties
of fly ash
比表面積／(em。／g)密度／(g／cm。) 細度／ 需水量比／％
3l4O 2．45 15．2 96
生活垃圾衛(wèi)生填埋覆蓋材料的研究／范英儒等 · 67 ·
表2 脫硫石膏的化學成分和煅燒石膏的物理性能
Table 2 Chemical composition of desulfogypsum and
physical properties of calcined gypsum
水膏比
0．64
凝結時間／min 2h強度／MPa
初凝
O
終凝
11
抗壓
5．4
抗折
1．9
石灰采用重慶歌樂山山洞石灰廠生產的石灰，活性
77 ，屬中速石灰。試驗全用熟石灰，在試驗前用少量水噴
灑在生石灰上使其熟化24h并篩分而得，細度參照《水泥細
度檢驗方法》GB1345—2005測定，篩余量為0．8 。
1．2 力學性能測定
參照《水泥膠砂強度檢測方法》JC／T 603-2004測定試件
的成型、抗折強度和抗壓強度。
1．3 抗?jié)B性能、收縮性與pH值測定
用模擬降雨條件下材料的滲水量來表示抗?jié)B透性試驗；
參照《水泥膠砂干縮試驗方法})JC／T 603—2004進行收縮性試
驗，試件均采用室內自然養(yǎng)護；參照美國土壤學會測量土壤
pH值的方法測定pH值，即將成型試件經破碎、研磨后通過
lmm 的方孔篩，稱取25g，放入50mI 燒杯中，加人25mL蒸
餾水用玻璃棒攪拌lmin，使粉末充分散開，靜置0．5h，過濾后
取清液用酸度計測定其pH值。
表3 nJs系統(tǒng)配合比
Table 3 M ix proportion of FLS system
表4 FLS系統(tǒng)強度發(fā)展情況
Table 4 Strength of FLS system with time
2 結果與分析
2．1 FLS膠凝體系的配比研究
參考國內外已有的粉煤灰一石灰一硫酸鹽膠凝體系研究
結果 ]，設水灰比為0．4，煅燒石膏摻量為5％ ～ 15 ，
熟石灰摻量為5 ～20 ，對FLS膠凝體系l天、7天、14
天、28天和90天的強度進行試驗研究，以確定用于實際
覆蓋材料的FLS系統(tǒng)配合比。表3是試驗采用的質量配
合比，根據(jù)體系中石膏含量的不同，將試驗分為3組，石膏
含量分別為5 、10 和15％ 。試驗結果見表4。由試驗
結果可知，當煅燒石膏摻量為5 時，體系早期強度較低，
難以滿足施工要求；當煅燒石膏摻量為15 時，體系的早
期強度相對較高，后期強度發(fā)展相對較差，但足以滿足施
工要求；而當煅燒石膏摻量為10 時，其早期強度為
5％～l5％ ，后期強度發(fā)展較好，也可滿足施工要求，并且
由于石膏摻量較低，還可節(jié)約成本。文獻[4，5]的研究表
明，當石膏摻量超過15 時，早期強度雖有提高，但提高
幅度不大，而后期材料的耐水性能卻下降，因此煅燒石膏
摻量不宜超過15 。由此確定衛(wèi)生填埋覆蓋材料的粉煤
灰、煅燒石膏和熟石灰的質量配比最佳為70：15：15
(11#配比，以FLS1表示)和75：10：15(7#配比，以
FLS2表示)。
匕表酩 (m ∞
· 68· 材料導報：研究篇 2010年7月(下)第24卷第7期
2．2 抗?jié)B透性能
為了分析和評價FLS膠凝體系與普通粘土覆蓋材料在
抗?jié)B透性能及滲透深度方面的差異，試驗設計了以下方法進
行研究：將直徑為1l0mm的PVC管截成長度為100ram的
小段，每5段疊放起來為l組，共分3組，并將粘土和2種不
同配合比的FLS膠凝材料澆筑或夯入PVC管中，其中FLS
材料采用澆注成型，而粘土為人工夯實成型，24h后分別編號
為A組(粘土)、B組(FLS1)、C組(FI S2)，并將每組從上至
下編為1號、2號、3號、4號和5號。
試驗共分為3個階段，第一階段在試件成型后24h進
行，模擬每小時10mm的小雨降水量；第二階段在第一階段
結束后立即開始，方法同第一階段；第三階段在次日進行，模
擬每小時25mm的特大暴雨降水量。通過對不同階段的各
組PVC管進行稱重，測定試件質量變化，以求出試件吸水
量，并按式(1)計算出各階段覆蓋材料的排水率，試驗結果見
圖1。當FLS系統(tǒng)齡期為28天時重復上述試驗，試驗結果
見圖2。
摹
薄
·
枯
第一階段 第二階段 第三階段
模擬降雨
圖l 成型24h后模擬降雨各階段覆蓋材料的排水率
Fiz 1 The draining rate of cover materials in every phase
after casting 24h
100
80
60
羹 4o
20
O
第一階段 第二階段 第三階段
模擬降雨
圖2 成型28天后模擬降雨各階段覆蓋材料的排水率
Fj舀2 The draining rate of cover mate~als in every phase
aver casting 28 days
率： X 100~ (1)
結果表明，F(xiàn)LS膠凝系統(tǒng)的抗?jié)B透性表現(xiàn)為排水阻水，
無論是成型24h還是成型后28天，F(xiàn)I S1與FI s2的排水率
差別都很小，且排水率也都比較穩(wěn)定，可以滿足作為填埋場
覆蓋材料的需求。粘土的抗?jié)B透性能主要表現(xiàn)在對水分的
吸收，當表層的粘土達到水飽和后，水分繼續(xù)向下滲透。因
此，F(xiàn)I s系統(tǒng)阻水性明顯優(yōu)于粘土，在遇降雨天氣時，大部分
的雨水以地表徑流的形式出現(xiàn)，并不會滲入垃圾體內，與粘
土作為覆蓋材料相比，大大減少了進入垃圾體的水量，即減
少了滲濾液的處理量。FI s系統(tǒng)在實際工程應用中，只要保
證鋪設后表面的完整性、鋪設厚度小于50ram，即可滿足填埋
場覆蓋材料的抗?jié)B透要求。
2．3 收縮性
衛(wèi)生填埋場覆蓋材料鋪設于垃圾體表面，如果因收縮而
產生裂縫，垃圾中的有害氣體將對周圍空氣質量和垃圾體的
穩(wěn)定性造成十分不利的影響。粘土作為覆蓋材料在壓實性
和收縮性方面存在很大矛盾，為填埋場的實際施工操作帶來
很大困擾。
本研究參照JC／T 603—2004{水泥膠砂干縮試驗方法》對
FLS系統(tǒng)進行干縮性測試?？紤]到FLS系統(tǒng)作為覆蓋材料
是在干燥天氣下產生收縮，故試件成型后在空氣中養(yǎng)護。具
體試驗結果見圖3。
△ 一☆ PLbl
／ 、、 ， FLS2
／ 、 ～ ～ ．．—
— d
4o～— 囟8o 16o 1 o
＼一，』r ～ -、。一——。
齡期／天
圖3 干燥收縮率
F唔3 The rate of dry shrinkage
從圖3中可以看出，隨著水化的進行，7天后試件均出現(xiàn)
了收縮現(xiàn)象。原因是剛成型的試件含水率比較高，此時由失
水產生的干燥收縮大于試件水化產生的膨脹；7～14天，試件
中粉煤灰的水化過程逐漸占主導因素，隨著水化產物的增
加，試件的體積有所膨脹；14～28天，水化進一步加速，仍由
水化產物造成的體積增加占主導作用，試件繼續(xù)膨脹。9O天
時收縮率反而會下降，原因是試件的水化速度逐漸減慢，失
水造成的收縮大于水化產物所帶來的膨脹，故試件的收縮率
有所下降；9O～]20天，水化已進行得比較緩慢，并且試件可
供蒸發(fā)的水分也很少，所以試件的體積趨于平衡。
對于垃圾衛(wèi)生填埋場覆蓋材料的收縮性要求，目前國內
外尚無統(tǒng)一的標準，但文獻[9]認為，3O‰ ～40‰ 以內的收縮
對填埋場的影響不大。本實驗的研究結果表明，F(xiàn)LS系統(tǒng)的
干燥收縮在此范圍內，并且隨著水化的進行逐漸表現(xiàn)出一定
的微膨脹作用。這有利于其密實度的增加，使抗?jié)B透性能進
一步增強。
2．4 pH值的測量
按照上述方法分別于l天、7天、28天和9O天測量FLS1
和FI s2試件的pH值，結果見圖4。從圖4中可以看出，2
種FLS系統(tǒng)的試件在成型初期的pH值均較高，呈堿性，原
如 加 p
鋈蝌姆
生活垃圾衛(wèi)生填埋覆蓋材料的研究／范英儒等 · 69 ·
因是在反應初期半水石膏首先遇水并迅速凝結硬化，而粉煤
灰與熟石灰之間的化學激發(fā)反應速度較慢，早期僅在體系中
以填料的形式存在，此時，體系中有大量的Ca(oH)。未參與
反應，故試件的浸出液呈堿性。隨著試件齡期的延長以及熟
石灰與粉煤灰中活性硅鋁發(fā)生反應的持續(xù)進行，F(xiàn)LS系統(tǒng)的
強度不斷提高，試件中未反應的Ca(OH) 逐漸減少，浸出液
的pH值降低，至28天時試件的浸出液已基本接近中性。因
此，作為垃圾覆蓋材料FI s系統(tǒng)早期的高堿性條件可有效抑
制蚊蠅的滋生，中后期的中性環(huán)境條件又不會對垃圾的生物
降解和土地復墾產生負面影響。
12
10
8
6
o 2O 4O 60 80 l0O
齡期／天
圖4 FLS系統(tǒng)pH值隨齡期的變化
Fig．4 The pH value of FI S system
3 結論
(1)采用粉煤灰一石灰一煅燒石膏膠凝體系作為覆蓋材料
對生活垃圾進行覆蓋處理是一種有效的方法，具有顯著的技
術優(yōu)勢和良好的社會經濟效益。
(2)在粉煤灰一石灰一煅燒石膏膠凝體垃圾衛(wèi)生填埋覆蓋
材料中，較理想的材料質量配比是： (粉煤灰)：塒(煅燒石
膏)：m(熟石灰)一(75～70)：(10～15)：15。該膠凝體系
早期強度高，整體性優(yōu)異，長期強度可持續(xù)發(fā)展。
(3)粉煤灰一石灰一煅燒石膏膠凝體系具有粘土材料所不
具備的排水阻水能力，抗?jié)B透能力強且穩(wěn)定性好。
(4)粉煤灰一石灰一煅燒石膏膠凝體系滿足垃圾衛(wèi)生填埋
場覆蓋材料的收縮性要求，其收縮變形在9O～120天趨于平
衡。
(5)粉煤灰一石灰一煅燒石膏膠凝體垃圾衛(wèi)生填埋覆蓋材
料的pH值先呈堿性、28天后逐漸趨于中性的特點使其具有
良好的抑制蚊蠅滋生的功效和環(huán)境協(xié)調性。
≯ tp ≯ s ≯ p ≯ ； 、 、
(上接第62頁)
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