水处理污泥制粉煤灰地聚合物砌体抗压强度的研究外文翻译资料

 2022-02-15 09:02

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水处理污泥制粉煤灰地聚合物砌体抗压强度的研究

摘要

研究了一种新型的水处理污泥-粉煤灰地聚合物开发一种替代绿色建筑和建筑材料，不使用硅酸盐水泥作为胶凝剂。两种废水副产品即邦垦水处理污泥泰国大都会水务管理局(MWA)的污水处理厂和粉煤灰(FA)泰国电力管理局(EGAT)的梅莫发电厂(Mae Moh power plants)也在其中使用研究。所采用的液体碱性活化剂，L为水玻璃溶液(Na2SiO3)和氢氧化钠溶液(NaOH)。本文探讨了各种影响因素的作用污泥-粉煤灰地聚合物抗压强度的研究。所研究的各种影响因素是混合的成分(L含量和Na2SiO3/NaOH比)，加热条件(温度和时间)和固化时间。采用扫描电镜(SEM)和x射线衍射(XRD)分析了解影响力量发展的因素。试验结果表明，该方法是最优的提供最大单位重量和强度的成分是Na2SiO3/NaOH比值为80:20,L/FA比值为1.3、论加热条件和养护时间。的最佳加热温度和持续时间最佳配方分别为75 C和72 h。85℃的高温会造成损失水分不足，导致微裂纹和强度降低。传统的垃圾填埋场水处理污泥可用于开发地聚合物砌体单元其抗压强度完全符合泰国工业标准。

关键词:污泥、粉煤灰、地质聚合物、液体碱性催化剂、微观结构、圬工单位

1. 介绍

近年来，世界各地都在推动环保，不断为各种废物寻找新的再利用应用包括拆除废物在内的材料[1,2]，市政固体废弃物[3-5]、生物胶体[6,7]、工商业废弃物[8-14]和有机废物[15]。废物越来越多在不同的项目中实现，用作in的聚合应用如人行道[16-21]，管垫，道路路堤[11]及行人路[22]。水的生产需要从自然中提取水。水处理工艺会产生泥泞的污。副产品。净水器系统在水处理中的应用植物会使污泥絮凝掉到底部治疗槽。液体污泥随后被排出到污泥泻湖去处理。随着泰国和世界各地类似的水处理厂数量的增加，每年产生的污泥副产物数量不断增加.对于水处理污泥，水处理污泥是生成的。最大容量为300，103立方米/天干燥雨季每天约700，103立方米。带着由于许多发达国家和发展中国家人口不断增加，包括泰国，水处理污泥的数量随后以不断增长的速度增长，因此迫切需要找到一种可持续再利用的办法，用于不断增加的污泥储存，过去曾被弃置在堆填区。

MWA最近开始根据“零废物指令”研究水处理污泥作为建筑和建筑材料的用途。这种污泥以前曾与沙子和水泥混合制成水泥-污泥承重装置。然而，传统硅酸盐水泥的使用会产生较大的碳足迹，因为生产1吨硅酸盐水泥会释放约1吨的二氧化碳[23]。

近年来，碱活性铝硅酸盐水泥作为普通硅酸盐水泥[24]的环保替代品，越来越受到人们的欢迎。此外，地聚合物还因其高性能(高强度和耐用性)、低二氧化碳排放和低能源消耗而备受推崇。以粘土或高岭土[25]、粉煤灰、底灰[26]等富硅材料为前驱体，与液体碱性活化剂反应。

燃煤发电产生的粉煤灰(FA)由于全球范围内原料供应充足，为该项技术的商业化利用提供了最大的机会[27,28]。Palomo等人[29]发现，不同的FA被8-12 M NaOH激活，85 C固化24 h，产生的抗压强度为35 - 40mpa，如果将水玻璃(Na2SiO3)添加到NaOH溶液中，其抗压强度约为90mpa。Xie、Yunping[30]和Phetchuay等人报道，Na2SiO3活化FA的硬化过程主要是将FA粒子结合在一起的凝胶状反应产物。FA在澳大利亚[32,33]和泰国[34,35]被广泛用作地聚合物的前驱体。

Sukmak等人[36,37]曾研究过利用FA作为前驱体和粉质粘土作为集料开发粘土- FA地聚合物砖的可能性。液体碱性活化剂(L)为Na2SiO3和NaOH的混合物。这种粘土- FA地聚合物的成分是Na2SiO3/NaOH比值为0.7,L/FA比值为0.6，低于FA地聚合物。粘土- fa地聚合物的7天强度大于10mpa，适用于泰国工业标准的承重砌体。非承重砌体的强度要求为2.5 MPa，承重砌体为7.0 MPa。结果表明，粘土- fa地聚合物的抗硫酸盐侵蚀耐久性优于水泥;即。，当暴露于硫酸盐溶液[38]时，粘土- fa地聚合物的微观结构和pH值没有明显变化。

研究了泥- fa地聚合物的强度特性，确定了其作为砌体单元的性能。污泥作为集料，不添加任何沙粒，FA作为前驱体，NaOH和Na2SiO3的混合物作为液体碱性活化剂。适当的加热温度和时间可以加速地聚合物的聚合反应。研究了污泥-粉煤灰地聚合物强度发展的影响因素。影响因素包括混合成分(L含量、Na2SiO3/NaOH比)、加热条件(温度和时间)和固化时间。利用扫描电镜(SEM)和x射线衍射对泥质- fa地聚合物进行了微观结构观察。

表1污泥和粉煤灰的化学成分。

化学成分(%)

污泥

粉煤灰

SiO2

67.33

49.32

Al2O3

22.47

12.96

Fe2O3

6.15

15.64

CaO

0.68

5.79

MgO

N.D.

2.94

SO3

1.04

7.29

Na2O

N.D.

2.83

K2O

1.26

2.83

LOI

0.78

7.29

注:N.D.为未检测到。

图1所示 污泥和FA的粒度分布

图2所示 污泥和FA的x射线衍射(XRD)图谱

图3所示 污泥和FA的扫描电镜(SEM)图像

图4所示 淤泥- fa - l混合料的压实曲线

(XRD)技术，了解影响强度发展的因素的作用。本研究将使传统填埋污泥作为地聚合物砌体单元的集料得到可持续利用，具有重要的工程、经济和环境意义。

2. 材料和方法

2.1 材料

污泥收集自泰国大都会水务管理局邦庆水处理厂。污泥中含砂量为0.15%，含砂量为99.65%，含粘土量为0.20%。通过激光颗粒、x射线衍射(XRD)和x射线荧光(XRF)分析，得到污泥的粒度分布、矿物和化学成分，分别见表1和图1、图2。污泥中主要矿物成分为石英、伊利石、赤铁矿、方解石、硫酸钙和莫来石。方解石峰分别出现在29.45 2h、43.04 2h、47.31 2h和48.65 2h。污泥主要由二氧化硅和氧化铝晶体组成。比重是2。60。污泥的液限为66%，属于非塑性材料。改性Proctor energy (ASTM D 1557)下的压实特性是最佳含水率(OMC)为31.6%，最大干容重(cdmax)为12.5 kN/m3。

FA来自泰国北部地区泰国电力管理局(EGAT)的Mae Moh发电厂。表1用x射线荧光(XRF)总结了FA的化学成分。主要组分(SiO2、Al2O3、Fe2O3)的总含量为77.92%，其中CaO和SO3的含量分别为5.79%和7.29%。FA主要由9.5 2h ~ 30.5 2h之间的非晶态峰组成，17 ~ 352h范围内存在莫来石、赤铁矿、方解石、硫酸钙、石英等晶体包裹体(图2)，方解石和硫酸钙峰测定结果与XRF结果一致。图1为激光粒度分析测试FA的粒度分布曲线。结果表明，污泥颗粒与FA颗粒相似。FA的平均晶粒尺寸为13.25 lm。FA的比重为2.35。污泥和FA的形态如图所示。FA粒子细小，呈球形，而污泥颗粒形状不规则。液体碱性活化剂(L)为Na2SiO3与浓度为10 M的氢氧化钠的混合物，按重量计由9%的Na2O和30%的SiO2组成。

图5 所示矿泥- FA地聚合物样品在75℃高温下L/FA比分别为1.2、1.3和1.4时，7天强度

图6所示 L/FA比为1.2时，热条件对污泥- FA地聚合物试样7天强度的影响

图7所示 在L/FA比值为1.3时，热条件对污泥- FA地聚合物试样7天强度的影响

2.2 样品制备

污泥- FA地聚合物样品是污泥、FA和液体碱性活化剂(Na2SiO3和NaOH)的混合物。污泥/FA比例固定在70:30。Na2SiO3/NaOH的比例分别为100:0、90:10、80:20、70:30和50:50。将风干污泥和FA在搅拌机中混合5分钟，以保证混合物的均匀性。停止搅拌，用液体碱性活化剂活化，再混合5分钟，然后在改性Proctor能量下压实。得到压实曲线后，将不同L/FA含量的泥浆- FA - L混合料在直径为50mm、高度为100mm的圆柱形模具中进行静态压缩，采用手动液压千斤顶进行压缩。拆下试样，用乙烯基板包裹，分别在65℃、75℃和85℃下加热24 h、48 h、72 h、96 h和120 h，加热后在室温(27-30℃)下进行固化，直至按照计划进行不同的固化时间。根据ASTM D 1633，在固化7天、14天、28天、60天和90天之后，测定了泥浆- fa地聚合物样品的抗压强度。

利用x射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品表面的地聚结构进行了表征。利用x射线衍射(XRD)图谱提供了地质聚合结构的基本信息。对泥质- fa地聚合物样品进行了仔细破碎，并从中心取了小碎片进行微观结构测试。SEM样品在195℃液氮中浸泡5 min，在40℃0.5 Pa的压力下真空5天[36,37,39]。所有样品在SEM (JOEL JSM-6400)分析前都涂上了金。采用铜x射线管对粉末状样品进行XRD分析，扫描速度为0.1 (2h) / min，扫描速度为0.05 (2h)，得到图谱。

3.淤泥- fa地聚合物的抗压强度

图4为不同Na2SiO3/NaOH比值下，单位重量与L/FA之间的关系。对于特定的Na2SiO3/NaOH比值，淤泥- fa - l混合料的压实曲线是压实土的典型特征。污泥- FA - L混合料的单位重量随L/FA比的增大而增大，直至达到最优L/FA值为止。超过此最优值后，单位重量随L/FA比值的增大而减小。对于所有测试的Na2SiO3/NaOH比值，提供最大单位重量的最佳L/FA比值是相同的，近似等于1.3。对于特定的L/FA比，最大单位重量随着Na2SiO3/NaOH比的增大而增大，在一定的Na2SiO3/NaOH比后减小。Na2

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