黄沁园， 董庆广 ，王 娟（.上海市金山区建筑管理所 0599；.上海市建筑科学研究院有限公司 0003）

近年来，随着人们生活水平的提高和国民经济的快速增长，城市生活垃圾产生量大幅增加[1-2]。2014—2019 年全国城市生活垃圾清运量快速增长，由 17 814.5 万 t 增长至 23 487.2 万 t。城市生活垃圾主要的处理方式还是填埋，随着城市生活垃圾产生量的逐渐增长，其卫生填埋和焚烧处理的量也在逐年增长，但是相比于卫生填埋处理，焚烧处理量的增长更快。焚烧处理占两者的比值由 2011 年的 20% 增长中2017 年的 40%。

另一方面，骨料是混凝土的重要组分之一，在材料组成中占比 80%～86%，随着一系列更为严格的矿山开采管控措施陆续出台，砂石市场供应量减少，骨料供应量下降使新型墙材的产量受到了制约；另一方面，供应量减少推动天然骨料价格上涨，墙材生产成本显著提高，影响企业正常发展，骨料成为建筑行业发展的瓶颈。

焚烧炉底渣主要是由熔渣（60%～62%）、陶瓷（10%～12%）、砖石（7%～9%）、金属制品（4%～6%）和玻璃（2%～5%）构成，还含有少量的塑料、纸张、木头等有机物。在我国，焚烧炉底渣属于一般废弃物，焚烧炉底渣经过除铁、除铝、破碎、筛分、水洗等一系列预处理工艺后，颗粒特点是粒径偏大（0.60～4.75 mm），细粉含量较低（0.075 mm 以下颗粒 ＜ 5%），主要化学成分为 SiO2、Al2O3等，其成分特点有助于提高部分建筑材料的力学性能，使其在建材领域具有资源化利用潜力[3-5]。

2 生活垃圾焚烧炉底渣再生骨料质量控制技术

2.1 生活垃圾焚烧炉底渣预处理技术

由生活垃圾焚烧或焚烧发电直接排出的炉底渣为原状炉渣，原状炉渣中含有大量金属物质，甚至含有重金属，熔渣颗粒较粗大，由于生活垃圾中含有大量可溶性盐类。原状炉渣中的金属用于建筑材料时，不仅会影响建筑材料的耐久性等工程性质（金属锈蚀导致膨胀开裂等），而且会浪费可以回收利用的金属资源。原状炉渣颗粒较粗大可能是因为其中的泥土以及其他一些成分形成的胶结力的作用，但是这种作用力很小，在外力作用下极易分解。原状炉渣中含有生活垃圾焚烧处理过程中遗留下来的可溶性盐类，其对建筑材料性能也有不利影响。综上所述，对于原状炉渣，应当经过一定的预处理流程使其更加符合工程应用的需求。目前文献中炉底渣预处理工艺大致包括分选（磁选、跳汰等）、破碎、水洗等工艺[6-8]。典型的原状炉底渣湿法预处理工艺见图 1。已有经验表明，焚烧炉底渣存在稳定性问题，未经合理的处理会发生膨胀爆裂问题，影响其资源化利用。因此在资源化利用前对焚烧炉底渣进行预处理是保证有效利用焚烧炉底渣的重要措施。

图1 焚烧炉底渣预处理工艺流程图

2.2 生活垃圾焚烧炉底渣碱-骨料反应抑制技术

碱-骨料反应是指混凝土中的碱与具有碱活性的骨料间发生的膨胀性反应。该反应能够引起混凝土体积膨胀进而导致混凝土在其内部应力的作用下发生开裂。最终使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降。

炉底渣中含有玻璃等玻璃态 SiO2等颗粒物，作为骨料用在水泥基材料中时会与水泥中的碱发生碱-骨料反应并产生构件的局部膨胀开裂现象，将炉底渣作为细骨料使用时试块在养护过程中发生了膨胀开裂和凝胶析出等现象，均是典型的碱-骨料反应的特征。

现有研究中针对生活垃圾焚烧炉底渣等再生骨料混凝土碱骨料反应的过程和抑制措施中，建议在混凝土中掺入活性抑制材料。活性抑制材料主要为粉质矿物掺和材料，在混凝土拌合物硬化过程中能够产生碱的耗散过程，使孔溶液中的PH 值降低。目前活性抑制材料主要有两类，第一类是无定形态的硅（铝）酸或硅铝酸盐材料，如粉煤灰、硅灰等；第二类是具有强烈阳吸附和交换阳离子功能的矿物材料，如沸石、膨润土等[9]。研究表明，在混凝土中掺入矿物质粉体材料可以抑制碱-硅酸反应膨胀，但是掺矿物质粉体材料对碱-碳酸盐反应没有很好的抑制效果。

3 生活垃圾焚烧炉渣资源化利用技术

3.1 生活垃圾焚烧炉底渣在水泥混凝土中的应用

生活垃圾焚烧炉底渣在混凝土中的应用得到较为充分的研究，Polettini[10]通过研究垃圾焚烧炉底渣-普通硅酸盐水泥体系力学性能的变化以及材料中微量金属的浸出特性，证实了垃圾焚烧炉底渣有一定的活性，可以作为水泥掺和料使用 Clavier Kyle 等人[11]研究了未水洗和水洗的焚烧炉底渣替代部分水泥，研究结果表明使用未水洗的炉底渣作为原料，会导致原料中硅酸三钙的含量大幅下降。水洗炉底渣硅酸三钙含量约为 45%，而未水洗炉底渣试样的硅酸三钙含量约为 35%；掺入炉底渣的熟料中铝的浓度远远高于基准熟料，这可能需要加入适当的石膏来加快凝结。Alderete 等人[12]分析了炉底渣代替硅酸盐水泥在混凝土中的应用价值；设计了一种性能良好的含有 20% 预处理焚烧炉底渣的混凝土配合比，在期龄 90 d 时，均比普通硅酸盐水泥试块有更高的强度。张世鹏等人[13]研究结果表明早期水泥水化与火山灰反应活性的增强有关，掺入焚烧炉底渣可提高试块的抗冻性，并利用扫描电镜显微镜（SEM）揭示掺有焚烧炉底渣的混凝土浆体中孔隙结构。由于焚烧炉底渣主要化学成分为SiO2、CaO 和 Al2O3等与水泥组分类似，因此焚烧炉底渣可以用作水泥掺和料。

目前焚烧炉底渣替代水泥的实验已被广泛研究，部分研究结果表明焚烧炉底渣替代水泥的结果具备一定的可行性，但需要对焚烧炉底渣进行预处理等质量控制技术，以保证混凝土的质量和安全性。

3.2生活垃圾焚烧炉底渣在新型墙体材料中的应用

在国家墙体材料革新、建筑节能等一系列产业政策的推动下，我国墙材产业发展迅速，产品品种丰富，已经形成了砖、砌块、墙板三大系列、多品种的墙材产品体系。 据不完全统计，全国墙体材料年产量约 10 200 亿标准砖，墙体材料制造业工业年总产值约 5 000 亿元。砖类产品（包括烧结和非烧结制品）9 665.1 亿标准砖，占总量的 88.4%；砌块类（包括烧结和非烧结制品）约 1 045.5 亿标准砖，占总量的 9.6%；墙板类产品约 224.32 亿标准砖，占墙材总量的 2.1% 左右。新型墙材作为工业固体废弃物的消纳途径早有基础，既利用了废弃物资源，同时降低产品生产成本。

随着新型墙材革新工作不断推进，墙体材料从之前的禁止限制粘土烧结砖生产和使用的矛盾，转变成了如何快速的发展固废综合利用、生产工艺环保、产品质量优、使用功能强、符合住宅产业化要求的新型墙体材料的矛盾。利用粉煤灰、长江疏浚淤砂、脱硫石膏、炉底渣、碎屑、建筑垃圾再生骨料等生产蒸压加气混凝土砌块、石膏板、建筑用轻质隔墙条板、混凝土砌块砖等新型墙体材料已成发展趋势，这些固体废弃物成为了新型墙体材料的主要原材料。为工程建设提供有力支撑，同时有效保护耕地和粘土资源，循环利用固体废弃物，保障城市安全运营和健康发展。

针对生活垃圾焚烧炉底渣在新型墙体材料方面的应用，研究人员做出了相关研究，并取得一定的成果。李阳等人[14]利用装修垃圾再生骨料与焚烧炉底渣 2 种骨料，采用挤出成型工艺，研制建筑用轻质隔墙条板。与使用炉底渣单一骨料相比，装修垃圾再生骨料与炉底渣复合使用后，轻质隔墙条板的面密度增大 7.8%,抗压强度提高4.7%，软化系数增大 10%，干燥收缩值保持不变，以上技术指标均符合 GB/T 23451—2009《建筑用轻质隔墙条板》标准要求。综合考虑强度、耐久性和面密度因素，装修垃圾再生骨料占全部骨料的体积比以 30% 为宜。 董恒瑞等人[15]以特殊处理的燃煤炉底渣和破碎加气混凝土细料作为轻骨料制备强度等级 LC20、密度等级 1 400 轻质预制混凝土，结果表明在一定的蒸压养护条件下,以粗炉渣作为轻粗骨料、细炉渣和加气混凝土细料为轻细骨料，砂率 60%，细骨料中炉渣与加气混凝土细料比例 1:1 时可制得比强度最佳、和易性较好的轻质混凝土。Jayaram 等人[16]以维珍塑料和焚烧炉底渣作为原料制作新型砖，研究结果表明砖的吸水率呈下降趋势；在抗压强度方面，5% 的焚烧炉底渣和 5% 的焚烧炉底渣、2% 的纯塑料的抗压强度试验取得较好的结果。

3.3 生活垃圾焚烧炉渣在路基材料中的应用

随着道路材料生产企业的原材料成本不断提高，大量企业将目光投向焚烧发电炉底渣在道路材料中的资源化利用，各地出现了利用焚烧发电炉底渣制备道路材料的尝试。生活垃圾焚烧炉渣的物理化学性质与工程特性与常见的轻质天然骨料相似，经筛分、磁选等预处理方式去除其中的黑色及有色金属并获得适宜的粒径后，可与其它骨料相混合，用于铺装路面。

国内目前对焚烧发电炉底渣预处理工艺进行不断改良和优化，金属除杂技术相对成熟，水洗稳定化效果显著，同时已开展了焚烧发电炉底渣用于路基基层的研究，对焚烧发电炉底渣的颗粒级配、微粉含量和坚固性等指标要求均取得了一定的研究成果，并开展了不同来源、不同掺量条件下焚烧炉渣再生集料对路基性能的影响研究 Dabo[17]对法国北部一条用生活垃圾焚烧炉渣填筑的道路进行了长达十年的监测，主要研究了析出物长期的化学组成变化，研究表明：含元素（Ca，Na、Cl、Al）和重金属（Cu、Pb、Zn）的渗滤液PH 值在前 2 a 迅速下降，随后速率减慢逐步达到最低值，这一现象与天然骨料道路相似。薛国强等[18]对不同配合比下的水泥炉渣碎石试样进行了无侧限抗压强度试验，结果显示提高细颗粒材料比例可以有效增加集料的最大干密度和最佳含水量，炉渣碎石路面在外荷载作用下，增加水泥炉渣基层厚度可以有效减小路基沉降。然而，由于目前生活垃圾焚烧炉底渣的原材料组分的差异性及复杂性，生活垃圾焚烧炉渣用于道路路基、垫层、底基层、基层及无筋混凝土制品集料的产品性能，缺乏应用环节有针对性的、必要的、更加严格的技术要求，因此应进一步完善生活垃圾焚烧炉渣的材性改进工艺与技术指标要求。

4 结 语

垃圾焚烧炉底渣是生活垃圾焚烧后排放的废弃物，成分复杂且可能存在重金属、放射性等环境安全性问题，使用垃圾焚烧炉底渣固体废弃物材料，需经系统的研究论证，现有标准 GB/T 25176—2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》、JGJ/T 240—2011）《再生骨料应用技术规程》等虽有一定的指导意义，但针对性不强，很难直接指导生活垃圾焚烧炉底渣在新型墙材等建筑材料中的应用。导致其资源化利用进程缓慢。

经过对生活垃圾焚烧炉底渣的预处理等质量控制技术，其替代常规骨料用于建筑材料中具备一定的可行性。焚烧炉底渣的资源化应用，有利于缓解行业资源紧缺问题，实现废弃物资源的循环利用，对于绿色建材产业发展具有重要的指导意义，对保护环境、发展绿色建材和减轻城市运行压力具有积极的推动作用。